JP2016508721A - Methods and matrices for promoting the growth of fauna and flora - Google Patents

Methods and matrices for promoting the growth of fauna and flora Download PDF

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Abstract

本発明は、水域環境で動物相および植物相の成長の促進に使用するための、12未満のpHを有するコンクリートマトリックスを含む海洋インフラと、岩内生および岩表生の植物相ならびに岩内生および岩表生の嫌気性および好気性の植物相および動物相を含めて、水域環境で動物相および植物相の成長を促進する方法と、を提供する。The present invention relates to a marine infrastructure comprising a concrete matrix having a pH of less than 12 for use in promoting the growth of fauna and flora in an aquatic environment; Methods for promoting the growth of fauna and flora in an aquatic environment, including epiphytic anaerobic and aerobic flora and fauna are provided.

Description

本発明は、陸域環境および水域環境で植物相および動物相の成長を促進するための方法を提供する。   The present invention provides a method for promoting the growth of flora and fauna in terrestrial and aquatic environments.

このたび開示された主題の背景として妥当であると考えられる参照文献を以下に列挙する。
BULLERI,F.&CHAPMAN,M.G.(2010)The introduction of coastal infrastructure as a driver of change in marine environments.Journal of Applied Ecology,47,26−35.
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WIECEK,D.(2009)Environmentally Friendly Seawalls:A Guide to Improving the Environmental Value of Seawalls and Seawall−lined Foreshores in Estuaries,Department of Environment and Climate Change NSW on behalf of Sydney Metropolitan Catchment Management Authority.
US7,144,196
US6,186,702
US556,436
US2006/147,656
The following references are considered to be valid as a background to the disclosed subject matter.
BULLERI, F.M. & CHAPMAN, M.M. G. (2010) The induction of coastal infrastructure as a driver of change in marine environments. Journal of Applied Ecology, 47, 26-35.
CHAPMAN, M.M. G. & UNDERWOOD, A. J. et al. (2011) Evaluation of ecological engineering of “armoured” shorelines to improve the value of habitat. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 400, 302-313.
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WIECEK, D.M. (2009) Environmentally Friendly Seawalls: A Guide to Improving the Environmental Value of Seawalls and Seawall-lined Foreshores in Estuaries, Department of Environment and Climate Change NSW on behalf of Sydney Metropolitan Catchment Management Authority.
US 7,144,196
US 6,186,702
US556,436
US2006 / 147,656

本明細書の以上の参照文献の承認は、これらがこのたび開示された主題の特許性になんらかの関連があることを意味すると推測すべきものではない。   Approval of these references herein should not be inferred to imply that they have any relevance to the patentability of the subject matter disclosed.

海岸線に沿って生活するヒト集団の約2/3に関しては(Creel,2003)、輸送(港湾)、エネルギー(パイプライン、発電所、掘削装置)、都市化(マリーナ、防潮壁、防波堤など)などの種々の社会的需要を満たす海岸および海洋のインフラ(CMI)の増設が不可避である。現在、地中海の海岸線の>50%は、コンクリート構造物が優位を占め(EEA,1999)、いくつかの地域では、海岸線の90%超で、都市、港湾、および産業の成長が進められてきた(Cencini,1998)。その結果、海岸を補強して自然海岸線を置き換える傾向が継続的に増加している(Bulled and Chapman,2010,Dugan et al.,2011)。   About 2/3 of the human population living along the coastline (Creel, 2003), transportation (ports), energy (pipelines, power plants, drilling equipment), urbanization (marinas, seawalls, breakwaters, etc.) It is inevitable to add coastal and marine infrastructure (CMI) to meet various social demands. Currently,> 50% of the Mediterranean coastline is dominated by concrete structures (EEA, 1999), and in some areas, over 90% of the coastline has been growing cities, ports and industries. (Cencini, 1998). As a result, the tendency to reinforce the coast and replace the natural coastline is continuously increasing (Bulled and Chapman, 2010, Dugan et al., 2011).

地球全体にわたり沿岸線の補強および防護の優位性が増加しているにもかかわらず、CMI上の種群集に関して、とくにその環境影響に関して、我々の理解は限られている(Connell and Glasby,1999,Dugan et al.,2011)。この知識ギャップにより、都市化海岸環境に対する我々の管理能力が著しく損なわれる(Bulled and Chapman,2010)。ポンツーンや防波堤などのCMI上での海洋生物の成長を調べた数少ない研究では、近接する自然生息地とは大きく異なる群集が見いだされた(たとえば、Connell,2000,Lam et al.,2009)。CMI上で発生する群集は、典型的には、自然群集ほど多様性がなく、通常、迷惑種および侵入種が優位である(Glasby et al.,2007)。これは、CMIのユニークな物理的特性、主に、組成およびデザインが原因であることがほとんどである。CMIは、表面の複雑性を最小限に抑えた急傾斜均一表面を含むことが多いので、潮間域が狭域に圧縮され、高耐性種のみが支援されることになる(Chapman and Underwood,2011)。さらに、CMIの50%超は、ポルトランドセメントで作製されている。このポルトランドセメントは、生物加入に関して貧基質として知られており、その理由は、おそらく、表面のアルカリ性が高いこと(海水のpH約8に対してpH約13)および海洋生物に有毒な化合物が存在することである(Lukens and Selberg.,2004,EBM,2004)。したがって、自然生息地により提供されるものに類似した生態系サービスを提供するCMIの能力は、大幅に損なわれ、ほとんどの都市/産業の海岸環境は、環境活動との関連では犠牲域と考えられる。   Despite the increasing predominance of coastline reinforcement and protection across the globe, our understanding is limited with regard to species communities on CMI, especially with regard to its environmental impact (Connell and Glassy, 1999, Dugan et al., 2011). This knowledge gap significantly impairs our ability to manage urbanized coastal environments (Bulled and Chapman, 2010). A few studies investigating the growth of marine organisms on CMIs, such as pontoons and breakwaters, found communities that differed significantly from the adjacent natural habitat (eg, Connell, 2000, Lam et al., 2009). The communities that occur on CMI are typically not as diverse as natural communities, and are usually dominated by nuisance and invasive species (Glasby et al., 2007). This is mostly due to the unique physical properties of CMI, mainly composition and design. CMI often includes a steeply uniform surface with minimal surface complexity, so the intertidal area is compressed to a narrow area and only highly resistant species are supported (Chapman and Underwood, 2011). ). Furthermore, over 50% of CMI is made of Portland cement. This Portland cement is known as a poor substrate for bioenrollment, probably because of the high surface alkalinity (pH about 13 versus seawater pH about 8) and the presence of compounds that are toxic to marine organisms (Lukens and Selberg., 2004, EBM, 2004). Thus, CMI's ability to provide ecosystem services similar to those provided by natural habitats is greatly impaired, and most urban / industrial coastal environments are considered sacrificial in the context of environmental activities .

過去数年間、CMIの生物学的および生態学的な価値を向上させるために生態工学の原理(Bergen et al.,2001)を利用したさまざまな方法が出現してきた(たとえば、Li et al.,2005,Naylor,2011)。これまで、デザインまたはテクスチャーの側面に重点を置いた向上手段は、より豊富かつ多様な自然群集を引き寄せて生態学的および構造的な利点を得ることをめざした(Wiecek,2009,Goff,2010,Dyson,2009)。これらの利点は、主に、生物起源の堆積、すなわち、カキ、カンザシゴカイ、フジツボ、およびサンゴのようなエンジニア種が硬質表面上に炭酸カルシウム(CaCO3)骨格を堆積することにより種々の生物に価値ある生息地を形成する(Jones et al.,1994)と同時に構造の強度および安定性にも寄与する(Risinger,2012)自然過程に関連付けられる。それにもかかわらず、CMIの組成を改変して生態系エンジニアなどの生態学的価値を有する種に有利になるように試みた研究は、少ない。   In the past few years, various methods have emerged that utilize ecological engineering principles (Bergen et al., 2001) to improve the biological and ecological value of CMI (eg, Li et al., 2005, Naylor, 2011). So far, improvement measures focused on aspects of design or texture have aimed to attract more abundant and diverse natural communities to obtain ecological and structural benefits (Wiesek, 2009, Goff, 2010, Dyson, 2009). These advantages are primarily valuable for various organisms due to biogenic deposition, ie engineer species such as oysters, mosquitoes, barnacles, and corals deposit calcium carbonate (CaCO3) skeletons on hard surfaces Associated with natural processes that form habitats (Jones et al., 1994) and contribute to structural strength and stability (Risinger, 2012). Nevertheless, few studies have attempted to modify CMI composition to favor species with ecological value, such as ecosystem engineers.

本出願の発明者らは、組成およびデザインの両方を対象とする統合方法を提供する。このために、自然生物群集を増大させると同時に依然として海洋建設の公式要件を遵守することをめざして、一連の5つの革新的コンクリートマトリックスを試験した。新しいマトリックスは、ポルトランドセメントと比較して低減されたアルカリ性を有し、混合物中のポルトランドセメントの優位性を減少させる種々の添加材を含むので、海洋生物にとってより好適なものとなる可能性がある。それに加えて、生物発生を促進することが知られている表面の複雑性の増加の影響およびそれとコンクリートマトリックスとの相互作用を試験した(Perkol−Finkel et al.,2012およびそこに記載の参照文献)。   The inventors of the present application provide an integrated method that covers both composition and design. For this purpose, a series of five innovative concrete matrices were tested with the aim of increasing natural life communities while still complying with the official requirements for offshore construction. The new matrix may have a reduced alkalinity compared to Portland cement and may contain more additives that reduce the superiority of Portland cement in the mixture, making it more suitable for marine life . In addition, the effects of increased surface complexity known to promote biogenesis and its interaction with the concrete matrix were tested (Percol-Finkel et al., 2012 and references described therein). ).

本明細書の以下に詳述されているのは、熱帯(紅海)および温帯(地中海)の両方の環境で標準的ポルトランドセメントと比較して革新的コンクリートマトリックスの生物学的性能を評価した1年間にわたる実験の結果である。一連の長期にわたる野外実験および制御された実験室試験を用いて、組成および複雑性の影響を実験的に評価した。標準的ポルトランドセメントと比較して、異なるコンクリートマトリックスは、異なる種群集(標的種の群集、バイオマス、および加入能力に関して)の異なる加入を示した。それに加えて、表面の複雑性の増加は、自然生物群集の成長の増大および生態系エンジニアによる炭酸カルシウムの堆積をもたらした。コンクリートの組成およびデザインのわずかな改変により、海洋の動物相および植物相の増大を支援して価値ある生態系サービスを提供するコンクリート系CMIの能力を改善可能であることが、結果から示唆される。そのような自然生物群集の増大は、コンクリートの耐久性を損なわないどころか、重量増加および生物保護を介して、経時的に物理的保護を提供可能である。   Described below in this specification is a year of evaluating the biological performance of an innovative concrete matrix compared to standard Portland cement in both tropical (Red Sea) and temperate (Mediterranean) environments. It is the result of the experiment over. The effects of composition and complexity were experimentally evaluated using a series of long-term field experiments and controlled laboratory tests. Compared to standard Portland cement, different concrete matrices showed different recruitment of different species communities (in terms of target species community, biomass, and recruitment capacity). In addition, increased surface complexity has resulted in increased growth of natural communities and the deposition of calcium carbonate by ecosystem engineers. The results suggest that minor modifications to the composition and design of concrete can improve the ability of concrete-based CMI to support the growth of marine fauna and flora and provide valuable ecosystem services . Such an increase in natural biological communities can provide physical protection over time, through weight gain and bioprotection, rather than impairing the durability of concrete.

本発明は、水域環境で動物相および植物相の成長を促進すべく使用するための、12未満のpHを有するコンクリートマトリックスを含む海洋インフラを提供する。   The present invention provides a marine infrastructure comprising a concrete matrix having a pH of less than 12 for use to promote the growth of fauna and flora in an aquatic environment.

さらなる態様では、本出願は、12未満のpHを有するコンクリートマトリックスで構成された海洋建設インフラを提供することを含む、陸域環境および水域環境で動物相および植物相の成長を促進するための方法を提供する。   In a further aspect, the present application provides a method for promoting the growth of fauna and flora in terrestrial and aquatic environments, including providing an offshore construction infrastructure comprised of a concrete matrix having a pH of less than 12 I will provide a.

「水域環境」が参照される場合、限定されるものではなく、海洋(海洋域、底生域、潮間域、浅海域、河口域、塩性沼沢、サンゴ礁、ラグーン、およびマングローブ沼地を含む)ならびに淡水(静水、動水、湿地、および池を含む)を含めて、任意のタイプの水域が包含されることを理解すべきである。この用語は、任意の温度、年間の任意の時期または天候条件、および任意の流速における、任意の深さの前記水域環境を意味する。   Reference to “aquatic environment” includes, but is not limited to, oceans (including marine, benthic, intertidal, shallow water, estuary, salt marsh, coral reefs, lagoons, and mangrove swamps) and It should be understood that any type of body of water is encompassed, including fresh water (including still water, dynamic water, wetlands, and ponds). The term refers to the water environment at any depth, at any temperature, at any time of the year or weather conditions, and at any flow rate.

「動物相および植物相」が参照される場合、関係する水域環境生態系に典型的な任意のタイプの植物、生物、または動物が包含されることを理解すべきである。   When referring to “fauna and flora” it should be understood that any type of plant, organism or animal typical of the relevant aquatic environmental ecosystem is encompassed.

いくつかの実施形態では、海洋の動物相および植物相は、次のもの、すなわち、(i)方解石骨格を堆積することにより構造物の構造複雑性を増大させて他の生物のための生息地を形成するエンジニア種、たとえば、サンゴ、カキ、カンザシゴカイ、サンゴモ、およびフジツボ、(ii)濾過器官を用いて摂食すると同時にその過程で水から栄養素および有機粒子を取り込む濾過摂食生物、たとえば、カキ、イガイ、被嚢動物、およびスポンジ、(iii)岩内生/岩表生の藍藻、コンクリート表面が水レベルを超える特定の場合にはさらに、地衣類、菌類、および蘚類、の少なくとも1つを含む。   In some embodiments, the marine fauna and flora are: (i) a habitat for other organisms that increases the structural complexity of the structure by depositing a calcite skeleton. Engineer species, such as corals, oysters, coral moss, corals, and barnacles, (ii) filtered feeding organisms that feed on nutrients and organic particles from the water while feeding with the filtering organ, such as oysters , Mussels, encapsulated animals, and sponges, (iii) endolithic / rock surface cyanobacterium, at least one of lichens, fungi, and moss, in certain cases where the concrete surface exceeds water levels .

「動物相および植物相の成長の促進」が参照される場合、水域環境生態系ですでに成長しているかまたは成長可能であるかのいずれかである動物相および植物相の安定性、成長、健康、および繁殖の任意の定性的または定量的な促進、増大、補強、防御、強化、支援、加入、または支援が、当技術分野で公知の任意のパラメーター(個体または種の数、生活環、成長物または表面の被覆率など)により測定可能であることが包含されることを理解すべきである。   Reference to “facilitating growth of fauna and flora” refers to the stability, growth, and growth of fauna and flora, either already growing or capable of growing in aquatic environmental ecosystems. Any qualitative or quantitative promotion, increase, reinforcement, defense, enhancement, support, recruitment, or support of health and reproduction is any parameter known in the art (number of individuals or species, life cycle, It should be understood that it can be measured by growth or surface coverage).

いくつかの実施形態では、海洋の動物相および植物相の前記促進により、前記構造物の表面上への無機物の堆積が促進されて、12ヶ月後、1〜10メートルの深さ範囲で約50〜1000gr/mの値に達することが可能である。一方、前記構造物の表面上のクロロフィル濃度は、12ヶ月後、1〜10メートルの深さ範囲で約100〜800μgr/mの値に達することが可能である。 In some embodiments, the promotion of marine fauna and flora promotes the deposition of minerals on the surface of the structure, and after about 12 months, at a depth range of 1-10 meters, about 50 It is possible to reach values of ˜1000 gr / m 2 . On the other hand, the chlorophyll concentration on the surface of the structure can reach a value of about 100-800 μgr / m 2 in a depth range of 1-10 meters after 12 months.

他の実施形態では、海洋の動物相および植物相の前記促進により、12ヶ月後、前記構造物の表面上へのサンゴの加入数が、1〜10メートルの深さ範囲で15×15の表面積あたり約5〜25の加入数になり、<1ヶ月後、前記構造物の表面上への実験室条件下でのサンゴの着床率が約5〜60%になる。   In another embodiment, with the promotion of marine fauna and flora, after 12 months, the number of coral recruitment on the surface of the structure is 15 × 15 in a depth range of 1-10 meters. The number of recruitment is about 5-25 per hour, and after <1 month, the coral deposition rate under laboratory conditions on the surface of the structure is about 5-60%.

「海洋建設インフラ」という用語は、海岸防御構造物、たとえば、防波堤、防潮壁、護岸、および防砂堤、隔壁、埠頭、停泊地、および関連インフラ、たとえば、港湾、マリーナ、ウォーターフロント、プロムナードなどを含めて、海洋建設に好適であることが明らかな任意のタイプ、形状、またはサイズのインフラが包含されることを理解すべきである(http://ia600208.us.archive.org/14/items/shoreprotectionm01unit/shoreprotectionm01uriit.pdf中のArmy corps−SHORE PROTECTION MANUALをも参照されたい)。そのような海洋建設インフラの例としては、強化防潮壁、防護ユニット、潮溜り、パイル、橋梁基礎、海側バーム、コンクリートマットレス、水中ケーブルおよびパイプケーシング、係留ユニットが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   The term “marine construction infrastructure” refers to coastal defensive structures such as breakwaters, tide walls, seawalls, and seawalls, bulkheads, wharfs, anchorages, and related infrastructure such as ports, marinas, waterfronts, promenades, etc. It should be understood that any type, shape, or size of infrastructure apparently suitable for offshore construction is included (http://ia600208.us.archive.org/14/items) (See also Army corps-SHORE PROTECTION MANUAL in /shortprotectionm01unit/shoreprotectionm01uriit.pdf). Examples of such marine construction infrastructure include, but are not limited to, reinforced seawalls, protective units, tide pools, piles, bridge foundations, seaside balms, concrete mattresses, underwater cables and pipe casings, and mooring units. It is not something.

「コンクリートマトリックス」という用語は、典型的には、少なくとも1つのタイプのセメント(たとえば、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメントなど)と、少なくとも1種の骨材(たとえば、石灰石、青石など)の砂(4.75mm未満の微細グレード骨材およびまたは0〜2mm未満の天然骨材もしくは粉砕骨材)と、水(飲料に適したもので、1000百万分率超の塩化物や硫酸塩を含有せず、鉛、銅、亜鉛(<5ppm)、リン酸塩(<5ppm)などの有害物質を含まないものとする)と、を含むコンクリート組成物を意味する。   The term “concrete matrix” typically refers to at least one type of cement (eg, Portland cement, calcium aluminate cement, etc.) and at least one aggregate (eg, limestone, blue stone, etc.) sand ( Fine grade aggregate less than 4.75mm and / or natural aggregate or ground aggregate less than 0-2mm and water (suitable for beverages, containing more than 1000 parts per million chloride and sulfate. A concrete composition containing no harmful substances such as lead, copper, zinc (<5 ppm) and phosphate (<5 ppm).

さらなる態様では、本発明は、12未満の表面pHを有するコンクリートマトリックスで構成されたインフラを提供することを含む、岩内生および岩表生の植物相の成長を促進する方法を提供する。そのようなインフラはまた、地中海生物活性陸域構造物(すなわち、水レベルを超えるが、自然系と同様に陸域植物相の成長を促進するのに十分な湿度および降水を有する生物活性構造物)でありうることに留意すべきである。   In a further aspect, the present invention provides a method for promoting the growth of endophytic and rocky vegetation including providing an infrastructure composed of a concrete matrix having a surface pH of less than 12. Such infrastructure also includes Mediterranean bioactive terrestrial structures (ie, bioactive structures that exceed water levels but have sufficient humidity and precipitation to promote the growth of terrestrial flora as well as natural systems. It should be noted that.

「岩内生および岩表生の植物相」という用語には、地衣類、菌類、蘚類、さらには藍藻が包含されることを理解すべきである。   It should be understood that the term “rocky and rocky flora” includes lichens, fungi, mosses and even cyanobacteria.

そのような岩内生および岩表生の植物相は、十分な湿度および降水を有する陸域環境で成長可能であることに留意すべきである。   It should be noted that such rocky inland and rocky vegetation flora can grow in terrestrial environments with sufficient humidity and precipitation.

いくつかの実施形態では、本明細書の以上に挙げられたそのようなインフラは、内陸建築物の迅速植物壁被覆を誘導するように設計された「生物活性壁」部材である。緑色植物被覆は、都市景観を有意に改良し、清浄かつ健康的な空気を提供し、しかも都市開発のエコロジカルフットプリントを低減する。壁基質の物理的および化学的な性質は、成長の支援および増大を行うその能力に強い影響を及ぼす。いくつかの実施形態では、そのような生物活性壁構造物は、壁付着植物、岩内生藻類、地衣類、および蘚類の自然成長を誘導する。いくつかのさらなる実施形態では、前記生物活性壁構造物は、複雑な土壌系を必要とすることなく、植物相を支援する湿潤ニッチの形成を可能にする、高い複雑性および多孔性を有する。   In some embodiments, such infrastructure listed herein above is a “bioactive wall” member designed to guide rapid plant wall covering of inland buildings. Green plant cover significantly improves urban landscape, provides clean and healthy air, and reduces the ecological footprint of urban development. The physical and chemical properties of the wall substrate have a strong impact on its ability to support and increase growth. In some embodiments, such bioactive wall structures induce natural growth of wall-attached plants, rocky algae, lichens, and mosses. In some further embodiments, the bioactive wall structure has high complexity and porosity that allows the formation of a wet niche that supports flora without the need for complex soil systems.

その態様の他の一実施形態では、本発明は、12未満のpHを有するコンクリートマトリックスで構成された構造物を提供することを含む、岩内生および岩表生の嫌気性および好気性の植物相および動物相の成長を促進する方法を提供する。   In another embodiment of that aspect, the present invention provides an anaerobic and aerobic flora of inland and rocky surfaces comprising providing a structure composed of a concrete matrix having a pH of less than 12 And methods of promoting fauna growth.

いくつかの実施形態では、本明細書の以上に挙げられた前記構造物は、「ライブロック」構造物、すなわち、分離された閉じた海洋環境、たとえば、水槽(たとえば、塩水の水槽)中に配置された本発明に係る構造物である。そのようなライブロック構造物は、塩水の水槽の愛好家により望まれる多くの利点を閉じた海洋環境に付与する。本発明に係るライブロック構造物は、廃物を処理する窒素循環に必要とされる好気性および嫌気性の両方の硝化細菌をホストする優れた生物学的濾過器を提供する。したがって、前記ライブロックは、塩水の水槽の主要な生物学的硝化基質または生物学的濾過器になる。そのほかに、本発明に係るライブロック構造物はまた、水の化学性に対して、特定的には、炭酸カルシウムの放出により一定のpHを維持する支援に対して、安定化効果を有しうる。さらに、ライブロック構造物は、水槽の装飾部材であり、かつ生息動物のための隠れ家を提供する。   In some embodiments, the structures listed hereinabove are “live block” structures, ie, in isolated closed marine environments, such as aquariums (eg, saltwater aquariums). It is the structure concerning the present invention arranged. Such live rock structures provide many benefits desired by saltwater aquarium enthusiasts in a closed marine environment. The live rock structure according to the present invention provides an excellent biological filter that hosts both aerobic and anaerobic nitrifying bacteria required for nitrogen cycling to treat waste. Thus, the live rock becomes the main biological nitrification substrate or biological filter of the brine tank. In addition, the live block structure according to the present invention may also have a stabilizing effect on the water chemistry, in particular on the assistance of maintaining a constant pH by the release of calcium carbonate. . Furthermore, the live rock structure is a decorative element for the aquarium and provides a retreat for inhabitants.

岩内生および岩表生の嫌気性および好気性の植物相および動物相、たとえば、硝酸菌、硝化細菌などの成長を促進することに留意すべきである。   It should be noted that it promotes the growth of aerobic and aerobic anaerobic and aerobic flora and fauna such as nitrate bacteria, nitrifying bacteria, and the like.

いくつかの実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、約11未満のpHを有する。他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、約9〜約10.5のpHを有する。   In some embodiments, the concrete matrix has a pH of less than about 11. In another embodiment, the concrete matrix has a pH of about 9 to about 10.5.

いくつかの実施形態では、前記コンクリートマトリックスの前記pHは、実質的に全コンクリートインフラのpHである。他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスの前記pHは、前記インフラの実質的に頂部表面のpHである。そのほかのさらなる実施形態では、前記頂部表面の厚さは、約5cm以上である。   In some embodiments, the pH of the concrete matrix is substantially the pH of the entire concrete infrastructure. In another embodiment, the pH of the concrete matrix is substantially the pH of the top surface of the infrastructure. In another further embodiment, the thickness of the top surface is about 5 cm or greater.

いくつかの実施形態では、前記水域環境の塩分は、約0〜45pptである(すなわち、塩分は、0、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45pptでありうる)。   In some embodiments, the salinity of the aquatic environment is about 0-45 ppt (ie, the salinity is 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 ppt).

植物相および動物相の増大は、十分な光に暴露される領域すなわち有光層(0〜100メートルの最大深さ)および海底から飛沫域までの領域、または陸域植物相を支援する生物活性構造物ではそれよりも上の領域における、水域環境を対象とする。   Increases in flora and fauna are areas that are exposed to sufficient light, i.e., lighted layers (maximum depth of 0-100 meters) and areas from the sea floor to the splash area, or biological activity that supports terrestrial flora In the structure, the aquatic environment in the region above it is targeted.

いくつかの実施形態では、前記インフラは、少なくとも12の粗さグレードの表面粗さを有する。他の実施形態では、前記インフラは、少なくとも50ミクロンのRA値を有する。それに加えて、前記インフラは、5〜20mmのRA値の表面テクスチャーを有する。   In some embodiments, the infrastructure has a surface roughness of at least 12 roughness grades. In another embodiment, the infrastructure has an RA value of at least 50 microns. In addition, the infrastructure has a surface texture with an RA value of 5-20 mm.

いくつかの他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、単位体積あたりの重量が約1100〜約2500Kg/mである。そのほかのさらなる実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、単位体積あたりの重量が約1100〜約1800Kg/mである。 In some other embodiments, the concrete matrix has a weight per unit volume of about 1100 to about 2500 Kg / m 3 . In another further embodiment, the concrete matrix has a weight per unit volume of about 1100 to about 1800 Kg / m 3 .

さらなる実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、ポルトランドセメント重量の0〜約90%の重量でまたはそれを完全に置き換えて、添加材およびセメントを含む。   In a further embodiment, the concrete matrix comprises additives and cement at a weight of 0 to about 90% or completely replacing the Portland cement weight.

他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、少なくともの1種のマイクロシリカ/シリカヒュームおよびメタカオリンおよびアルミン酸カルシウムセメントを含む。いくつかの実施形態では、マトリックス中のポルトランドセメントの任意の等価重量%の量を置き換えるべく、上述のシリカおよび/またはメタカオリンおよび/またはカルシウムアルミナセメントがコンクリートマトリックスに添加される。   In another embodiment, the concrete matrix comprises at least one microsilica / silica fume and metakaolin and calcium aluminate cement. In some embodiments, the silica and / or metakaolin and / or calcium alumina cements described above are added to the concrete matrix to replace any equivalent weight percent amount of Portland cement in the matrix.

いくつかのさらなる実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、約30〜80Mpa(すなわち、約30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、または80Mpa)の平均圧縮強度を有する。(ASTM C39(AASHTO T22))   In some further embodiments, the concrete matrix has an average compressive strength of about 30-80 Mpa (ie, about 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, or 80 Mpa). . (ASTM C39 (AASHTO T22))

いくつかのさらなる実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、7barの圧力下で約5〜50mm(すなわち、約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50mm)の水圧浸透抵抗を有する。(EN12390−8)   In some further embodiments, the concrete matrix has a hydraulic penetration resistance of about 5-50 mm (ie, about 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 mm) under a pressure of 7 bar. Have (EN12390-8)

他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、約500〜2000クーロン(すなわち、約500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000クーロン)の塩化物浸透抵抗を有する。(ASTM c1202)   In other embodiments, the concrete matrix is about 500-2000 coulombs (ie, about 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, It has a chloride penetration resistance of 2000 coulombs. (ASTM c1202)

次に、本明細書に開示された主題の理解を深めるためにおよびそれを実際にどのように実施しうるかを例証するために、添付の図面を参照しながら実施形態を説明するが、ただし、これらに限定されるものではなく、単なる例であるにすぎない。   In order to better understand the subject matter disclosed herein and to illustrate how it may actually be implemented, embodiments will now be described with reference to the accompanying drawings, however, It is not limited to these and is merely an example.

図1は、配置の3ヶ月後(それぞれ、Red3、Med3で示される)、6ヶ月後(それぞれ、Red6、Med6で示される)、および12ヶ月後(それぞれ、Red12、Med12で示される)に対応する2つの野外試験地(紅海=四角、地中海=三角)の群集データの2D−MDSを示している。各点は、1つのタイル(プールされたタイル面)を表す。FIG. 1 corresponds to 3 months after placement (represented as Red3, Med3, respectively), 6 months (represented as Red6, Med6, respectively), and 12 months (represented as Red12, Med12, respectively). 2D-MDS of community data of two field test sites (Red Sea = square, Mediterranean = triangle). Each point represents one tile (pooled tile surface). 図2は、典型的な群集データの2D−MDSを示している。各点は、1つのタイル(プールされた面)を表す。紅海の例では、配置の6ヶ月後、プロットの右側に本発明に係る種々のコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、M5で示される)が示され、左側にクラスターを形成したポルトランドセメントタイルが示される。FIG. 2 shows a typical crowd data 2D-MDS. Each point represents one tile (pooled surface). In the Red Sea example, six months after placement, Portland cement with various concrete matrices according to the present invention (represented by M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) on the right side of the plot and clusters formed on the left side. Tiles are shown. 図3A〜3Bは、ポルトランドセメントと比較して、本発明に係る種々の革新的コンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上における配置の3、6、および12ヶ月後(それぞれ、3M、6M、および12Mで示される)の生物被覆パーセントの模式的比較を提供する。図3Aは、紅海(Redで示される)における生物被覆を提供する。図3Bは、地中海(Medで示される)における生物被覆を提供する。実線は、平滑タイル面(Sで示される)を表し、点線は、テクスチャー面(Tで示される)を表す。3A-3B show 3, 6, and 12 of arrangements on various innovative concrete matrices according to the present invention (represented by M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) compared to Portland cement. A schematic comparison of percent biocovering after months (represented by 3M, 6M and 12M, respectively) is provided. FIG. 3A provides a biocover in the Red Sea (denoted Red). FIG. 3B provides a biocover in the Mediterranean (denoted Med). The solid line represents the smooth tile surface (denoted by S) and the dotted line represents the texture surface (denoted by T). 図4A〜4Cは、本発明に係るコンクリートマトリックス上への底生生物の典型的な加入を示している(紅海における配置の6ヶ月後のM4の例)。図4Aは、完全に100%被覆されたテクスチャー面を示している。図4Bは、限定さたれ加入を有する同一タイルの平滑面を示している。図4Cは、群集データの2D−MDSを示している。各点は、1つのタイル面(テクスチャー面=四角、平滑面=丸)を表す。紅海におけるタイルの例では、配置の6ヶ月後、テクスチャータイル面(上側)と平滑タイル面(下側)との分離が示される。4A-4C show typical encroachment of benthic organisms on a concrete matrix according to the present invention (example of M4 after 6 months of placement in the Red Sea). FIG. 4A shows a textured surface that is completely 100% coated. FIG. 4B shows the smooth surface of the same tile with limited addition. FIG. 4C shows 2D-MDS of the crowd data. Each point represents one tile surface (texture surface = square, smooth surface = circle). The example of tiles in the Red Sea shows a separation between the texture tile surface (upper) and the smooth tile surface (lower) after 6 months of placement. 図5A〜5Bは、配置の6および12ヶ月後(それぞれ、6Mおよび12Mで示される)、ポルトランドセメントと比較して、本発明に係るコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上に蓄積された有機(点線、Oで示される)および無機(実線、Iで示される)のバイオマスの模式的比較を提供する。図5Aは、紅海(Redで示される)における比較を示している。図5Bは、地中海(Medで示される)における比較を示している。FIGS. 5A-5B show concrete matrices (M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) according to the present invention compared to Portland cement after 6 and 12 months of placement (represented by 6M and 12M, respectively). Provides a schematic comparison of organic (indicated by dotted line, O) and inorganic (indicated by solid line, I) biomass accumulated on FIG. 5A shows a comparison in the Red Sea (indicated by Red). FIG. 5B shows a comparison in the Mediterranean (denoted Med). 図6は、ポルトランドセメントと比較して、地中海(Medで示される)および紅海(Redで示される)の試験地における配置の6ヶ月後(6Mで示される)および12ヶ月後(12Mで示される)の本発明に係るコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上のクロロフィルa濃度の模式的比較を提供する。FIG. 6 shows 6 months (shown at 6M) and 12 months (shown at 12M) of placement in Mediterranean (shown as Med) and Red Sea (shown as Red) test sites compared to Portland cement. ) Provides a schematic comparison of chlorophyll a concentration on a concrete matrix according to the present invention (indicated by M1, M2, M3, M4 and M5, respectively). 図7A〜7Bは、配置の3ヶ月後(3Mで示される)、6ヶ月後(6Mで示される)、および12ヶ月後(12Mで示される)、ポルトランドセメントと比較して、本発明に係るコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上へのサンゴの加入数の模式的比較を提供する。値は、コンクリートマトリックス(タイルおよびプールされたタイル面)1つあたりの全加入数を表す。図7Aは、ソフトサンゴの加入数を示している。図7Bは、イシサンゴの加入数を示している。7A-7B according to the invention after 3 months of placement (indicated by 3M), after 6 months (indicated by 6M) and after 12 months (indicated by 12M) compared to Portland cement A schematic comparison of the number of coral recruitments on a concrete matrix (indicated by M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) is provided. The value represents the total recruitment per concrete matrix (tiles and pooled tile faces). FIG. 7A shows the number of soft coral subscribers. FIG. 7B shows the number of subscribers to the coral. 図8A〜8Cは、ポルトランドセメントと比較して、本発明に係るコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上へのD.ヘンプリキ(D.hemprichi)断片の自然付着(図8A)、H.フセッセンス(H.fuscescens)幼生の着床(図8B)、およびB.ネリチナ(B.neritina)幼生の着床(図8C)の模式的比較を提供する。8A-8C show D. on a concrete matrix according to the present invention (represented by M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) compared to Portland cement. Spontaneous attachment of D. hemplichi fragments (FIG. 8A), Implantation of H. fucescens larvae (FIG. 8B), and FIG. 6 provides a schematic comparison of B. neritina larvae implantation (FIG. 8C). 図9は、M4タイルで示される本発明に係るコンクリートマトリックス上に蓄積された生物起源方解石成長物で構成されたスクレープ材料を示している(配置の3ヶ月後の図)。FIG. 9 shows a scrape material composed of biogenic calcite growth accumulated on a concrete matrix according to the present invention, represented by M4 tiles (3 months after placement).

材料および方法
野外実験
5つの異なるコンクリートマトリックスの加入能力(植物相および動物相の両方に関して)を標準的ポルトランドセメントと比較して試験した。試験されたマトリックスはすべて、30〜50MPaの圧縮力を耐えるので、海洋建設のさまざまな要件を満たす(「コンクリートマトリックスの作製」の節を参照されたい)。加入に及ぼすコンクリート組成の影響を試験する以外に、海洋の植物相および動物相の加入に及ぼす表面テクスチャーの影響、すなわち、平滑表面対テクスチャー表面を試験した。Inter University Institute in Eilatに位置する紅海の熱帯環境およびIsraelのAshdod近郊の地中海の温帯水域で、同時に加入を試験した。
Materials and Methods Field Experiments The recruitment capacity (in terms of both flora and fauna) of five different concrete matrices was tested in comparison with standard Portland cement. All tested matrices can withstand compressive forces of 30-50 MPa, thus meeting the various requirements of offshore construction (see section "Concrete Matrix Making"). In addition to testing the effect of concrete composition on recruitment, the effect of surface texture on the recruitment of marine flora and fauna, ie, smooth versus textured surfaces, was examined. Enrollment was tested simultaneously in the tropical environment of the Red Sea located at the Inter University Institute in Eilat and in the Mediterranean temperate waters near Ashdod, Israel.

15×15×4cmのコンクリートタイルを野外実験に使用した。約2.5kgの重量の各タイルは、1つの平滑面および1つをテクスチャー面を有していた。プラスチックフォームライナーを用いてテクスチャーを形成し、サンゴポリプ様テクスチャーを作製した。5つの各試験マトリックス(M1〜M5)およびポルトランド対照に対して、10個のレプリケートを作製した。マトリックス組成を明らかにしないID番号(1、2、3…)を各タイルにタグ付けした。各タイル番号に対するマトリックスタイプを独立に列挙して「盲検」サンプリングを可能にし(すなわち、調査者は、それらのコンクリート組成を知ることなくタイルをサンプリングした)、データ収集の偏りを排除した。海に配置された金属メッシュテーブル上にタイルを載せた。紅海の試験地では、タイルを10mの深さに配置し、一方、地中海の試験地では、より浅い海底条件のため、6mの深さに配置した。テクスチャー面を海側に向けて、種々のマトリックスのタイルをメッシュテーブル上にランダムに置いた。   A 15 × 15 × 4 cm concrete tile was used in the field experiment. Each tile weighing about 2.5 kg had one smooth surface and one textured surface. A texture was formed using a plastic foam liner to produce a coral polyp-like texture. Ten replicates were made for each of the five test matrices (M1-M5) and the Portland control. Each tile was tagged with an ID number (1, 2, 3,...) That does not reveal the matrix composition. The matrix type for each tile number was listed independently to allow “blind” sampling (ie, the investigators sampled the tiles without knowing their concrete composition) and eliminated data collection bias. Tiles were placed on a metal mesh table placed in the sea. In the Red Sea test site, the tiles were placed at a depth of 10 m, while in the Mediterranean test site, they were placed at a depth of 6 m due to shallower seabed conditions. Various matrix tiles were randomly placed on the mesh table with the texture side facing the sea.

配置の3、6、および12ヶ月後、各マトリックスの5つのタイルをサンプリングした。各モニターイベントで、タイルを海から一時的に取り出して、完全に浸漬した状態で実験室に移動した。解剖顕微鏡を用いて各タイルの両面を注意深く検査し、写真撮影し、サンプリングし、その後、再配置した。Perkol−Finkel et al.(2008)に従って、1×1cmグリッドを用いて、各タイル面上の加入タクソンの被覆の定量を行った。記載のデータには、タクソン組成、コロニー生物(コケムシ、被嚢動物、およびスポンジ)の被覆パーセント、および単生生物(被嚢動物、二枚貝、およびフジツボ)の数が含まれていた。個体としてカウントできなかったタクソン(すなわち、カンザシゴカイのクラスター)または密度が異なるタクソン(芝状藻およびサンゴモ)を次のようにランク付けした。0−不在、1−疎分布、2−密分布、および3−密均一。   Five tiles of each matrix were sampled after 3, 6 and 12 months of placement. At each monitoring event, the tiles were temporarily removed from the sea and moved to the laboratory with full immersion. Using a dissecting microscope, both sides of each tile were carefully inspected, photographed, sampled and then repositioned. Percol-Finkel et al. (2008), a 1 × 1 cm grid was used to quantify the coverage of added taxon on each tile surface. The data included included taxon composition, percent coverage of colony organisms (bryozoans, encapsulated animals, and sponges) and the number of living organisms (encapsulated animals, bivalves, and barnacles). Taxons that could not be counted as individuals (i.e. Kansagogo cluster) or taxons with different densities (turfaceous algae and coral) were ranked as follows. 0-absent, 1-sparse distribution, 2-dense distribution, and 3-dense uniform.

それに加えて、配置の6および12ヶ月後のモニタリング時、Perkol−Finkel et al.(2006)に従って、各タイルの平滑面の1/4から注意深くすべての底生生物および藻類をスクレープすることにより、クロロフィル濃度およびバイオマス(有機および無機の乾燥重量)を測定した。Greenberg(1995)に従ってクロロフィル含有率分析を行うために、各平滑面の1/4をさらにサンプリングした。   In addition, during monitoring at 6 and 12 months after deployment, Percol-Finkel et al. (2006), chlorophyll concentration and biomass (organic and inorganic dry weight) were measured by scraping carefully all benthic organisms and algae from 1/4 of the smooth surface of each tile. A quarter of each smooth surface was further sampled for chlorophyll content analysis according to Greenberg (1995).

データ解析には、有機および無機のバイオマス、クロロフィル濃度、および生物被覆パーセントに対するユークリッド距離類似度指数に基づく単変量1元配置PERMONOVA検定、さらにはブレイ・カーティス類似度指数に基づくパラメトリックPERMANOVA検定によるタクソン群集の多変量データ解析が含まれていた。それに加えて、妥当な場合、事後ペアワイズ検定を適用した。2D−MDSプロットを用いて多変量データで傾向をグラフに表した。PRIMER/PERMANOVAプログラム(Anderson et al.,2008,Clarke and Gorley,2006)を用いて、すべての解析を行った。図中のデータは、とくに異なる記載がないかぎり、平均±SEとして提示される。   Data analysis included taxon assemblages with univariate one-way PERMONOVA test based on Euclidean distance similarity index for organic and inorganic biomass, chlorophyll concentration, and biocover percent, and also parametric PERMANOVA test based on Bray-Curtis similarity index Multivariate data analysis was included. In addition, a post hoc pairwise test was applied where appropriate. Trends were graphed with multivariate data using 2D-MDS plots. All analyzes were performed using the PRIMER / PERMANOVA program (Anderson et al., 2008, Clarke and Gorley, 2006). Data in the figure are presented as mean ± SE unless otherwise noted.

実験室実験
標準的ポルトランドセメントのものと比較して、5つの異なるコンクリートマトリックスの加入増大能力を定量するために、in−vitro実験室実験を行った。これらには、2つのソフトサンゴ種、すなわち、ヘテロキセニア・フセッセンス(Heteroxenia fuscescens)およびデンドロネフチア・ヘンプリキ(Dendronephthya hemprichi)、さらには濾過摂食コケムシブグラ・ネリチナ(Bugula neritina)の幼生が含まれていた。実験室でコロニーをインキュベートすることによりH.フセッセンス(H.fuscescens)およびB.ネリチナ(B.neritina)の幼生採取を行い、一方、D.ヘンプリキ(D.hemprichi)については、シーザーを用いて成体コロニーから手作業で微小断片を作製した。着床過程がより遅いため実験開始の1ヶ月後に検査されたH.フセッセンス(H.fuscescens)の着床以外は、実験開始の1週間後に幼生/断片の着床をモニターした。モニター時、各キューブ上に着床された幼生/断片の数を決定した。
Laboratory Experiments In-vitro laboratory experiments were performed to quantify the recruitment enhancing ability of five different concrete matrices compared to that of standard Portland cement. These included two soft coral species, namely Heteroxenia fuscens and Dendronephthia hemprich, as well as juveniles of the filter-feeding moss Nebulina (Bugula neritina). . By incubating colonies in the laboratory, H. fuessescens and B. et al. B. neritina larvae are collected while D. For Hemprich (D. hemplichi), a small fragment was manually produced from an adult colony using a Caesar. H. was tested one month after the start of the experiment due to the slower implantation process. Except for the implantation of H. fuscenssen, larvae / fragment implantation was monitored one week after the start of the experiment. At the time of monitoring, the number of larvae / fragments implanted on each cube was determined.

試験ユニットは、ポルトランドセメント対照と比較して野外で試験された5つのマトリックス(M1〜M5)に対応する2.5×2.5×2.5cmのコンクリートキューブからなっていた。各実験時、各マトリックスの5〜8個のレプリケート(幼生入手可能性に依存する)を試験した。このために、新しい流海水が充填された個別の250mlビーカー内に各コンクリートキューブを配置して、順化のために3日間放置した。順化後、ユニークな番号の幼生を各ビーカーに添加した。各ビーカーに導入された幼生の数は、幼生入手可能性に応じて異なり、ビーカー1つあたり最小5個〜ビーカー1つあたり最大40個の範囲内の幼生であった。水温を自然条件のものに類似した状態に維持した。良好な循環を有する流水テーブル中にビーカーを完全に浸漬された状態で配置した。移動幼生を検査する場合、幼生の初期着床(典型的には24〜72時間)までビーカーをその高さの3/4まで流水系内に浸漬し、その後、それを完全に浸漬した。   The test unit consisted of a 2.5 × 2.5 × 2.5 cm concrete cube corresponding to five matrices (M1-M5) tested in the field compared to the Portland cement control. At each experiment, 5-8 replicates of each matrix (depending on larval availability) were tested. For this purpose, each concrete cube was placed in a separate 250 ml beaker filled with fresh flowing seawater and left for 3 days for acclimatization. After acclimatization, a unique number of larvae was added to each beaker. The number of larvae introduced into each beaker varied depending on larva availability and ranged from a minimum of 5 per beaker to a maximum of 40 per beaker. The water temperature was kept similar to that of natural conditions. The beaker was placed fully immersed in a running water table with good circulation. When examining moving larvae, the beaker was immersed in the flowing water system to 3/4 of its height until the larva's initial landing (typically 24-72 hours), after which it was fully immersed.

データ解析には、ユークリッド距離類似度指数に基づく単変量1元配置PERMONOVA検定、およびPRIMER/PERMANOVAプログラムを用いた事後ペアワイズ検定が含まれていた(Anderson et al.,2008、Clarke and Gorley,2006)。   Data analysis included a univariate one-way PERMONOVA test based on the Euclidean distance similarity index and a posteriori pairwise test using the PRIMER / PERMANOVA program (Anderson et al., 2008, Clarke and Gorley, 2006). .

コンクリートマトリックスの作製
この研究で試験されたマトリックスは、混合物中のポルトランドセメントの量、他のセメントの使用、空気含有率、および添加ミキサーがさまざまである。亀裂防止用25mmマイクロファイバーをすべてのマトリックスに組み込んだ。マトリックスを80リットル水平ミキサーにより混合し、プラスチックフォームライナーを用いて10×60×160cmフォーム内にキャストした。28日後、ウォータージェットマーブルソーによりコンクリートシートを15×15cm実験タイルにカットした。フォームライナーをフォームの底面にのみ適用したので、各タイルは、1つテクスチャー面および1つの平滑面を有していた。
Concrete Matrix Preparation The matrices tested in this study vary in the amount of Portland cement in the mixture, the use of other cements, air content, and additive mixers. Crack prevention 25 mm microfibers were incorporated into all matrices. The matrix was mixed with an 80 liter horizontal mixer and cast into 10 × 60 × 160 cm foam using a plastic foam liner. After 28 days, the concrete sheet was cut into 15 × 15 cm experimental tiles with a water jet marble saw. Since the foam liner was applied only to the bottom of the foam, each tile had one textured surface and one smooth surface.

圧縮強度−ASTM C39(AASHTO T22)、水圧浸透抵抗−EN12390−8、塩化物イオン浸透抵抗−ASTM C1202−12を含めて、ASTM規格またはEN規格に準拠して、すべてのマトリックスを試験した。コンクリート表面上の深さ0.5cmのドリル孔から5grのドリル加工残渣を捕集し、それを50mlの蒸溜水(pH7)中に混合することにより、コンクリートのpH値を検査した。試験されたコンクリートマトリックス(M1〜M5)はすべて、ポルトランドセメント系混合物よりも低いpH値を示した(それぞれ、12.5〜13.5と比較して9〜10.5、表1)。圧縮強度に関して、M1〜M5は、ポルトランドセメント系混合物のものと類似のまたはそれよりも大きい強度を有し、値は39.3MPa(M2)程度に達する。高い空気含有率を有するM4およびM5を除くすべてのマトリックスは、類似の密度(2300〜2500kg/m)を有するポルトランドセメント系混合物よりも高い塩化物イオン浸透抵抗(<1500クーロン)および水圧浸透抵抗(<20mm)を呈した。
All matrices were tested according to ASTM or EN standards, including Compressive Strength—ASTM C39 (AASHTO T22), Hydraulic Osmosis Resistance—EN 12390-8, Chloride Ion Osmosis Resistance—ASTM C1202-12. The pH value of the concrete was examined by collecting 5 gr drilling residue from a 0.5 cm deep drill hole on the concrete surface and mixing it in 50 ml of distilled water (pH 7). All of the tested concrete matrices (M1-M5) showed lower pH values than the Portland cement-based mixture (9-10.5 compared to 12.5-13.5, respectively, Table 1). Regarding the compressive strength, M1 to M5 have a strength similar to or greater than that of Portland cement-based mixtures, with values reaching the order of 39.3 MPa (M2). All matrices except M4 and M5 with high air content have higher chloride ion penetration resistance (<1500 coulombs) and hydraulic penetration resistance than Portland cement-based mixtures with similar densities (2300-2500 kg / m 3 ) (<20 mm).

結果
野外実験
群集データの統計解析から、場所(紅海対地中海:df=1、擬f=177.47、P=0.001)、配置後の月数(3、6、12m:df=2、擬f=83.38、P=0.001)、マトリックスタイプ(M1〜M5、ポルトランド:df=5、擬f=2.45、P=0.001)、およびプレート面(平滑対テクスチャー:df=1、擬f=11.12、P=0.001)の間で種群集の有意差が明らかにされた。図1は、紅海および地中海の試験地の異なる群集構造、さらには明確な時間パターンを例示しており、MDS上でさらに離れて現れる3および6ヶ月後のクラスター(より薄い色調)と比較して配置の12ヶ月後のクラスター(暗い色調)の相対近接度から示唆されるように、このことから、群集構造が経時的に類似性を獲得することが示唆される。
Results Field experiment From statistical analysis of the crowd data, the location (Red Sea vs. Mediterranean: df = 1, pseudo f = 177.47, P = 0.001), months after placement (3, 6, 12m: df = 2, Pseudo f = 83.38, P = 0.001), matrix type (M1-M5, Portland: df = 5, pseudo f = 2.45, P = 0.001), and plate surface (smooth vs. texture: df = 1, pseudo f = 11.12, P = 0.001), a significant difference in species community was revealed. FIG. 1 illustrates the different community structure of the Red Sea and Mediterranean test sites, as well as a clear temporal pattern, compared to clusters after 3 and 6 months (lighter shades) appearing further on MDS. This suggests that the community structure gains similarity over time, as suggested by the relative proximity of the clusters (dark shades) 12 months after placement.

異なるコンクリートマトリックスに加入するタクソン組成もまた、場所および時間によって異なっていた(有意な場所×マトリックス相互作用項:df=5、擬f=1.50、P=0.049、および月数×マトリックス:df=10、擬f=1.37、P=0.037)。それにもかかわらず、図2に見られるように、ポルトランドセメントで構成されたタイルは、他のコンクリートマトリックス(M1〜5)とは独立してクラスターを形成することが一般的傾向として示唆された。種々のマトリックス間の類似性のレベルは、時間および場所によって異なっていた。   The taxon composition joining different concrete matrices also differed by location and time (significant location x matrix interaction terms: df = 5, pseudo f = 1.50, P = 0.049, and months x matrix : Df = 10, pseudo f = 1.37, P = 0.037). Nevertheless, as seen in FIG. 2, it has been suggested as a general trend that tiles composed of Portland cement form clusters independently of other concrete matrices (M1-5). The level of similarity between the various matrices varied with time and place.

生物被覆パーセントの解析(図3)は、多変量群集データ解析の結果を裏付けるものであることから、生物被覆は、場所(df=1、擬f=6.77、P=0.009)、月数(df=2、擬f=133.36、P=0.001)、タイル面(df=1、擬f=20.58、P=0.001)、およびマトリックス(df=5、擬f=27.57、P=0.001)によって異なることが明らかにされた。種々のマトリックスの被覆パーセントの傾向は、場所間では一貫性があるが、時間およびタイル面との関連では変化した(有意な相互作用項:月数×マトリックス、df=10、擬f=4.64、P=0.001、および月数×面、df=2、擬f=9.00、P=0.001)。配置の3ヶ月後という早い時期に、ポルトランドセメントタイルは、他のマトリックス、主に、最も高い生物被覆パーセントの加入を示したM1、M4、およびM5と比較して、より低い生物被覆を有していたことが、ペアワイズ比較から示される。   Since the analysis of percent biocovering (FIG. 3) confirms the results of the multivariate crowd data analysis, the biocover is the location (df = 1, pseudo f = 6.77, P = 0.090), Number of months (df = 2, pseudo f = 133.36, P = 0.001), tile surface (df = 1, pseudo f = 2.58, P = 0.001), and matrix (df = 5, pseudo f = 27.57, P = 0.001). The trend in percent coverage of the various matrices was consistent between locations, but varied in relation to time and tile plane (significant interaction terms: months × matrix, df = 10, pseudo f = 4. 64, P = 0.001, and the number of months × plane, df = 2, pseudo-f = 9.00, P = 0.001). As early as 3 months after placement, Portland cement tiles have a lower bio-coating compared to other matrices, mainly M1, M4, and M5, which showed the highest percentage of bio-coating coverage. It was shown from the pair-wise comparison.

タイル表面の複雑性に関連付けられる傾向を検査した場合、紅海の試験地では、平滑面とテクスチャータイル面との差は、経時的に一貫性があったが、地中海の試験地では、プレート面間の差は、初期は有意であったが(配置の3ヶ月後)、配置の6および12ヶ月後は有意でなかったことが、明らかである。これらの結果は、紅海の多変量群集データ解析と一致することから、全体的に、複雑な表面テクスチャーは、平滑とは対照的に、より多様な高密度の底生群集の加入を示したことが明確に示唆される(図4)。   When examining trends associated with tile surface complexity, the difference between smooth and textured tile surfaces was consistent over time in the Red Sea test site, but between the plate surfaces in the Mediterranean test site. It is clear that the difference was initially significant (3 months after placement) but not significant after 6 and 12 months of placement. These results are consistent with multivariate community data analysis of the Red Sea, and overall, complex surface textures showed more diverse and dense benthic community recruitment as opposed to smoothness. Is clearly suggested (FIG. 4).

ポルトランドセメントタイルと比較した種々の革新的コンクリートマトリックスの加入能力の差は、配置の6および12ヶ月後に行われたバイオマス分析から、とくに、無機材料との関連で、きわめて明白であった(図5)。タイル上に加入した有機物の量は、場所によって異なっていたが(df=1、擬f=4.93、P=0.029)、配置後の月数または種々のマトリックスとの関連では、有意な傾向は現れなかった。それにもかかわらず、無機物の濃度は、場所間で有意に異なっていた(df=1、擬f=83.53、P=0.001)、月数(df=1、擬f=11.16、P=0.002)、およびマトリックス(df=5、擬f=7.28、P=0.001)。これらの差は、場所間で経時的に変化し(有意な場所×月数相互作用:df=1、擬f=4.23、P=0.039)、紅海の試験地では、他のマトリックスと比較して最高値を有するM5およびM4が、マトリックス間の差を主導するものであったが、地中海の試験地では、M1、M4、およびM5が、残りのマトリックスと比較して無機物に関して最高値を有していたことが、ペアワイズ比較から示唆された。   The difference in recruitment capacity of various innovative concrete matrices compared to Portland cement tiles was very evident from biomass analysis performed 6 and 12 months after placement, especially in relation to inorganic materials (FIG. 5). ). The amount of organic matter added on the tile was different from place to place (df = 1, pseudo f = 4.93, P = 0.029), but significant in relation to the number of months after placement or various matrices. The trend did not appear. Nevertheless, the mineral concentration was significantly different between locations (df = 1, pseudo f = 83.53, P = 0.001), months (df = 1, pseudo f = 11.16). , P = 0.002) and matrix (df = 5, pseudo-f = 7.28, P = 0.001). These differences vary from place to place over time (significant place × months interaction: df = 1, pseudo f = 4.23, P = 0.039), and other matrices at the Red Sea test site M5 and M4, which have the highest values compared to the matrix, led the difference between the matrices, but in Mediterranean test sites, M1, M4, and M5 were the highest in terms of minerals compared to the rest of the matrix. It was suggested from the pairwise comparison that it had a value.

地中海で試験タイル上に加入した無機材料の量は、紅海で加入したものよりも一貫して多かった。それにもかかわらず、値は、一般的には、両方の試験地で高く、平均すると地中海の試験地では413.51±25.63gr/m−2および紅海の試験地では201.14±10.28であった。浸漬の1年後、類似のマトリックスは、紅海および地中海の両方の試験地で無機材料の最大の蓄積を呈し、M1、M4、およびM5は、地中海では、それぞれ、547±107.58、659.51±65.844、および553.95±94.94gr/m、ならびに紅海では、272.31±33.84、249.79±37.00、および257.03±+39.34gr/mの値を有していた。 The amount of inorganic material added on the test tile in the Mediterranean was consistently higher than that added in the Red Sea. Nevertheless, the values are generally high in both test sites, averaging 413.51 ± 25.63 gr / m −2 in the Mediterranean test site and 201.14 ± 10. 28. After one year of immersion, a similar matrix exhibits the greatest accumulation of inorganic material in both the Red Sea and Mediterranean test sites, with M1, M4, and M5 being 547 ± 107.58, 659. 51 ± 65.844, and 553.95 ± 94.94 gr / m 2 , and in the Red Sea, 272.31 ± 33.84, 249.79 ± 37.00, and 257.03 ± + 39.34 gr / m 2 Had a value.

クロロフィルa含有率もまた、場所(df=1、擬f=52.62、P=0.001)、配置の後の月数(df=1、擬f=9.09、P=0.001)、およびマトリックス(df=5、擬f=4.86、P=0.001)によって有意に異なっていた。図6に見られるように、ほとんどの場合、クロロフィルaの濃度は、2つの研究試験地で月数およびマトリックスによって異なっていたが(有意な場所×月数×マトリックス相互作用項:df=5、擬f=2.84、P=0.015)、M1タイルのクロロフィルaの濃度がポルトランドセメントタイルのものよりも有意に高い傾向は、両方の試験地で一貫性が挙げられる多(両方の試験地でP<0.05)。   Chlorophyll a content is also determined by location (df = 1, pseudo f = 52.62, P = 0.001), number of months after placement (df = 1, pseudo f = 9.09, P = 0.001). ) And the matrix (df = 5, pseudo-f = 4.86, P = 0.001). As can be seen in FIG. 6, in most cases the concentration of chlorophyll a varied according to the number of months and matrix at the two study sites (significant location × number of months × matrix interaction term: df = 5, Pseudo f = 2.84, P = 0.015), the tendency that the concentration of chlorophyll a in M1 tiles is significantly higher than that in Portland cement tiles is consistent in both test sites (both tests) P <0.05 on the ground).

熱帯紅海環境でのみ見いだされたサンゴの加入は、一般的には、配置後の最初の6ヶ月間は少なく、最後のモニタリング時に大きく増加した(図7)。1年後、主に、ソフトサンゴの加入の結果に起因して、加入能力の有意差が種々のマトリックス間で同定された(df=5、擬f=3.74、P=0.015)。M5およびM1は、配置面にかかわらず、ポルトランドセメントタイルよりも有意に高い加入を有していたことが、ソフトサンゴデータのペアワイズ解析から示される。   Coral recruitment, found only in the tropical Red Sea environment, was generally low during the first six months after deployment and increased significantly during the last monitoring (Figure 7). One year later, significant differences in recruitment ability were identified between the various matrices, mainly due to the results of soft coral recruitment (df = 5, pseudo-f = 3.74, P = 0.015). . It is shown from the pair-wise analysis of soft coral data that M5 and M1 had significantly higher recruitment than Portland cement tiles, regardless of placement plane.

実験室実験
D.ヘンプリキ(D.hemprichi)断片の自然付着は、種々のマトリックス間で有意に異なっており(図8A、df=5、擬f=2.75、P=0.042)、ポルトランドセメントは、最も低い付着率(16±9.42%の付着)を有し、M1およびM5は、最も高い付着率(それぞれ、44±11.86%および36±6.69%)を有していた。有意ではないが、類似の傾向はまた、H.フセッセンス(H.fuscescens)幼生の実験からも明白であった(図8C)。ポルトランドは、生態学的活性マトリックスと比べて最も低い平均を示したが、結果の変動が大きいため、これは統計学的検定により裏付けらされなかった。それにもかかわらず、ペアワイズ比較では、M5とポルトランドセメントとの間にかろうじて有意差が見いだされた(P=0.067)。しかしながら、B.ネリチナ(B.neritina)幼生の実験では、有意な結果が得られ(図8C、df=4、擬f=4.05、P=0.009)、ポルトランドセメントは、最も低い着床率(2.35±1.25%の付着)を有していたが、M1は、最も高い加入率(14.14±7.20%)を有していた。技術的エラーが原因でM5を実験に含めなかったので、ここではM5の結果が含まれなかったことに留意されたい。
Laboratory experiment Spontaneous attachment of D. hemplichi fragments is significantly different between the various matrices (FIG. 8A, df = 5, pseudo-f = 2.75, P = 0.042), with Portland cement being the lowest Adhesion rate (16 ± 9.42% adhesion), M1 and M5 had the highest adhesion rate (44 ± 11.86% and 36 ± 6.69%, respectively). Although not significant, a similar trend is also seen in H.C. It was also evident from experiments with H. fuscencens larvae (FIG. 8C). Portland showed the lowest average compared to the ecological activity matrix, but this was not supported by statistical tests due to the large variation in results. Nevertheless, the pairwise comparison found a barely significant difference between M5 and Portland cement (P = 0.067). However, B.I. In experiments with B. neritina larvae, significant results were obtained (FIG. 8C, df = 4, pseudo f = 4.05, P = 0.000), and Portland cement had the lowest implantation rate (2 M1 had the highest recruitment (14.14 ± 7.20%). Note that M5 results were not included here because M5 was not included in the experiment due to technical errors.

考察
海岸の人口増加が全世界で予測されており、海岸都市の海岸の補強および拡張の傾向は、さらに増加することが予想される。さらに、全世界の気候変動に関連付けられる過程を考えると、海岸線は、海面の上昇および暴風雨の増加に関連付けられる脅威の増大に直面しているので、現在の海岸防御手段の即時修正が必要とされる(Dugan et al.,2011およびそこに記載の参照文献)。本研究では、海洋生物の成長の促進および生物起源堆積の増大の促進をめざして、コンクリートの組成および表面テクスチャーにわずかな改変を適用する革新的手法を調べる。試験された5つのマトリックスのうちの3つ(M1、M4、およびM5)は、標準的ポルトランドセメントと比較して、生態学的活性があり、加入能力の増大を呈することが見いだされた。このことは、実験室ならびに野外の両方のサンプリング試験地で調べた生物学的パラメーターのほとんどから明白であった。全体的に、これらの生態学的活性マトリックスは、標準的ポルトランドセメント系混合物よりも、大きい生物被覆(図1)、より多くの無機物(図5)の加入を示し、サンゴおよび標的生物のより高い着床率(図7〜8)を有していた。コンクリート系CMI上への海洋の植物相および動物相の自然群集の加入能力の増大により、構造上、環境上、および社会経済上の価値ある利点が得られる。
Discussion Coastal population growth is projected worldwide and the trend of coastal city coastal reinforcement and expansion is expected to increase further. In addition, given the processes associated with global climate change, coastlines are facing increasing threats associated with rising sea levels and increased storms, so immediate modifications to current coastal defenses are required. (Dugan et al., 2011 and references described therein). In this study, we investigate innovative methods that apply minor modifications to the composition and surface texture of concrete to promote the growth of marine organisms and the increase of biogenic deposition. Three of the five matrices tested (M1, M4, and M5) were found to be ecologically active and exhibit increased recruitment capacity compared to standard Portland cement. This was evident from most of the biological parameters examined at both laboratory and field sampling sites. Overall, these ecologically active matrices show a greater biocover (Fig. 1), more inorganic (Fig. 5) recruitment and higher coral and target organisms than standard Portland cement-based mixtures It had an implantation rate (FIGS. 7-8). Increased recruitment capacity of marine flora and fauna natural communities on concrete-based CMIs provides valuable structural, environmental and socioeconomic benefits.

構造上の利点に関して、CMIは、多くの場合、海岸防御に使用されるので(たとえば、防波堤および防潮壁)、重量および安定性は、構造上の性能に主要な役割を果たす。この研究では、生態学的活性コンクリートマトリックスは、ポルトランドセメントよりも多くの無機物を有意に蓄積した。カキ、カンザシゴカイ、フジツボ、サンゴのような生態系エンジニアの生物起源堆積は、構造物の重量を増加させて、その安定性および強度に寄与する(Risinger,2012)。我々の結果によれば、平均で413(地中海)〜201(紅海)gr/mが12ヶ月以内に生態学的活性コンクリート表面に追加され、地中海では1kg/mの最大値および紅海では0.5kg/mの近傍値に達しうる。 With regard to structural benefits, CMI is often used for coastal defense (eg, breakwaters and seawalls), so weight and stability play a major role in structural performance. In this study, the ecologically active concrete matrix significantly accumulated more minerals than Portland cement. The biogenic deposits of ecosystem engineers such as oysters, swordfish, barnacles and corals increase the weight of the structure and contribute to its stability and strength (Risinger, 2012). Our results show that on average 413 (Mediterranean) to 201 (Red Sea) gr / m 2 was added to the ecologically active concrete surface within 12 months, with a maximum of 1 kg / m 2 in the Mediterranean and 0 in the Red Sea. A value close to 5 kg / m 2 can be reached.

海洋生物、主に、穴掘りスポンジまたは特定の緑藻種の成長は、コンクリート表面を劣化させる可能性があるが(Jayakumar and Saravanane,2010,Scott et al.,1988)、我々の結果によれば、有益な生物保護作用が示唆された。CMIの全重量に寄与することに加えて、サンゴモ、カキ、サンゴ、およびカンザシゴカイの生物起源成長は、コンクリート表面を強化することが可能である。たとえば、コンクリート強度に及ぼすカキの成長の影響を調べたRisinger(2012)は、海洋生物の成長により覆われたコンクリートが2年間にわたり曲げ強度を有意に10倍に増加させることを示した。重量増加以外に、海洋生物の成長は、波のエネルギーを吸収して構造物へのサージ作用の低減を支援しうる生物起源の接着剤として作用するので、生物起源の堆積はまた、近接するインフラ部材(防護ユニット、防潮壁プレキャスト部材など)間の結合を増加させる。経時的に方解石層で表面を覆うことが可能なそのような生物起源の堆積(図9)はまた、流体力を吸収し、かつ塩化物攻撃およびチッピングからコンクリートを保護することにより、構造物の耐久性を増加させる。   Although growth of marine organisms, mainly digging sponges or certain green algae species, can degrade concrete surfaces (Jayakumar and Saravanane, 2010, Scott et al., 1988), according to our results A beneficial bioprotective effect was suggested. In addition to contributing to the total weight of CMI, the biogenic growth of corals, oysters, corals, and Kansago mosquitoes can strengthen concrete surfaces. For example, Risinger (2012), who examined the effect of oyster growth on concrete strength, showed that concrete covered by marine organism growth significantly increased bending strength by a factor of 10 over two years. In addition to weight gain, marine organism growth also acts as a biogenic adhesive that can absorb wave energy and help reduce surge effects on structures, so biogenic deposition is also a close infrastructure. Increase the coupling between members (protection units, seawall precast members, etc.). Such biogenic deposits (FIG. 9), which can cover the surface with a calcite layer over time, also absorb fluid forces and protect the concrete from chloride attack and chipping, thereby Increase durability.

そのような強力な成長は、インフラの状態に関する視覚的調査を撹乱する可能性があるが、成長物の切片(典型的には表面の10%以下)をランダムにスクレープして取り出すことにより、検査を行うことが可能である。この切片は、経時的に再成長する。以上を考えると、CMIに生態学的活性コンクリートマトリックスを適用することにより、より持続性を高めて保守作業の必要性およびコストを低減するのに役立てることが可能である。   Such strong growth can disrupt visual inspections of infrastructure conditions, but can be examined by randomly scraping and removing sections of growth (typically 10% or less of the surface). Can be done. This section regrows over time. In view of the above, applying an ecologically active concrete matrix to a CMI can help to increase sustainability and reduce maintenance work needs and costs.

構造上の利点以外に、生態学的活性コンクリートマトリックスはまた、実質的な環境上の利点に関連付けられる。結果から明らかなように、生態学的活性であることが証明されたマトリックスは、標準的ポルトランドセメントよりも有意に高い生物被覆を有していた(M1、M4、およびM5のタイルの平均被覆は、配置の12ヶ月後、両方の試験地で100%に近かったが、ポルトランドタイルは、平均で82%〜92%であった)。生物被覆の多くは、一方では、生物起源堆積に寄与する生態系エンジニア(カキ、サンゴ、フジツボ、およびカンザシゴカイ)からなっており、他方では、水の品質および透明性を上昇させうる濾過摂食生物(たとえば、被嚢動物、スポンジ、カキ、およびイガイ)からなっていた。さらに、in−situおよびin vitroの両方の着床実験から明らかなように、サンゴおよび他の典型的な潮間域生物、たとえば、B.ネリチナ(B.neritina)は、生態学的活性マトリックス、主に、M1およびM5への明確な選好性を示した。サンゴおよび価値ある生態系サービスを提供する種、たとえば、濾過摂食動物およびバイオビルダーの加入を増大させる能力を有するCMIを形成することは、生態学的な重要性が大きい。CMIの生物学的生産性および生態学的価値を増大させることにより、そのエコロジカルフットプリントを低減し、犠牲になった「都市化産業砂漠」として見る代わりに都市自然域として利用することが可能である。   In addition to structural benefits, ecologically active concrete matrices are also associated with substantial environmental benefits. As is apparent from the results, the matrix proved to be ecologically active had a significantly higher bio-cover than the standard Portland cement (the average cover of the M1, M4 and M5 tiles was 12 months after placement, Portland tiles averaged 82% to 92%, although both test sites were close to 100%). Many of the biocovers are on the one hand made up of ecosystem engineers (oysters, corals, barnacles, and mosquitoes) that contribute to biogenic deposition, and on the other hand, filtered feeding organisms that can increase water quality and transparency. (Eg, encapsulated animals, sponges, oysters, and mussels). Furthermore, as is evident from both in-situ and in vitro implantation experiments, corals and other typical intertidal organisms, such as B. pylori. B. neritina showed a clear preference for the ecologically active matrix, mainly M1 and M5. Forming CMIs with the ability to increase the recruitment of corals and species that provide valuable ecosystem services, such as filtered predators and biobuilders, is of great ecological importance. Increasing the biological productivity and ecological value of CMI reduces its ecological footprint and can be used as an urban natural area instead of being viewed as a sacrificial “urbanized industrial desert” It is.

試験した革新的コンクリートマトリックスのいくつかの他の環境上の利点は、低減されたカーボンフットプリントである。マトリックスは、高いカーボンフットプリントで知られる混合物中のポルトランドセメントの量を有意に低減可能な種々の添加材を含むので(Matthews et al.,2008)、そのようなマトリックスは、より生態学的であると考えることが可能である。たとえば、M2およびM3は、所与の時間枠内で標準的ポルトランドセメントとそれほど異なった挙動をしなかったが、カーボンフットプリントが低減されるので、依然として標準的コンクリート混合物よりも生態学的であると考えることが可能である。それにもかかわらず、種々のコンクリートマトリックスのカーボンフットプリントを評価することは、現在の研究の範囲内ではなく、さらなる研究を必要とする。   Some other environmental benefits of the tested innovative concrete matrix are a reduced carbon footprint. Because the matrix contains various additives that can significantly reduce the amount of Portland cement in the mixture known for its high carbon footprint (Matthews et al., 2008), such a matrix is more ecological. It is possible to think that there is. For example, M2 and M3 did not behave very differently from standard Portland cement within a given time frame, but are still more ecological than standard concrete mixtures because the carbon footprint is reduced. Can be considered. Nevertheless, assessing the carbon footprint of various concrete matrices is not within the scope of current research and requires further research.

最後に、CMIは、地球全体にわたりウォーターフロントの必須部分であるので、その社会経済学的意味は、無視できない。環境意識が絶え間なく高まっている現在、環境機関は、生態学的な補償および緩和の指針を必要としている(Puig and Villarroya,2013)。持続可能な「グリーンブルー」海洋建設技術は、管理者および政策決定者のために効率的ツールを提供して、CMIの環境フットプリントを低減することが可能である。また、この点を理解して、複雑なテクスチャーおよびデザインをCMIに組み込めば、自然海洋群集が促進され、都市海洋自然域を形成する審美的品質の増大が促進され、海岸コミュニティー間で環境意識を高めることが可能である。   Finally, since CMI is an integral part of the waterfront throughout the globe, its socio-economic implications cannot be ignored. With the ever-increasing awareness of the environment, environmental agencies need ecological compensation and mitigation guidelines (Puig and Villarroya, 2013). Sustainable “green blue” offshore construction technology can provide an efficient tool for managers and policy makers to reduce the environmental footprint of CMI. In addition, understanding this point and incorporating complex textures and designs into CMI will promote natural ocean communities, increase the aesthetic quality of urban urban natural areas, and promote environmental awareness among coastal communities. It is possible to increase.

まとめ
コンクリート組成、表面テクスチャー、およびマクロデザインを考慮して、コンクリート系CMIにわずかな改変を行うことは、生物起源堆積物を形成するエンジニア種さらには関連する濾過摂食群集を支援する能力を高める可能性を有する。その結果、ユニークな底生群集により、経済上の利点、たとえば、水質の向上、運転寿命の増加、構造の安定性、および流体力の吸収と共に、生態系サービスの増大が提供される。これらの利点は、腐食性塩水環境に対処しなければならないCMIに非常に重要である。
Summary Minor modifications to the concrete-based CMI, taking into account the concrete composition, surface texture, and macro design, increase the ability to support engineer species that form biogenic sediments and related filtration feeding communities Have potential. As a result, a unique benthic community provides increased ecological services, along with economic benefits such as improved water quality, increased operational life, structural stability, and fluid power absorption. These benefits are very important for CMIs that must deal with corrosive saline environments.

本発明は、陸域環境および水域環境で植物相および動物相の成長を促進するための方法を提供する。   The present invention provides a method for promoting the growth of flora and fauna in terrestrial and aquatic environments.

このたび開示された主題の背景として妥当であると考えられる参照文献を以下に列挙する。
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本明細書の以上の参照文献の承認は、これらがこのたび開示された主題の特許性になんらかの関連があることを意味すると推測すべきものではない。   Approval of these references herein should not be inferred to imply that they have any relevance to the patentability of the subject matter disclosed.

海岸線に沿って生活するヒト集団の約2/3に関しては(Creel,2003)、輸送(港湾)、エネルギー(パイプライン、発電所、掘削装置)、都市化(マリーナ、防潮壁、防波堤など)などの種々の社会的需要を満たす海岸および海洋のインフラ(CMI)の増設が不可避である。現在、地中海の海岸線の>50%は、コンクリート構造物が優位を占め(EEA,1999)、いくつかの地域では、海岸線の90%超で、都市、港湾、および産業の成長が進められてきた(Cencini,1998)。その結果、海岸を補強して自然海岸線を置き換える傾向が継続的に増加している(Bulled and Chapman,2010,Dugan et al.,2011)。   About 2/3 of the human population living along the coastline (Creel, 2003), transportation (ports), energy (pipelines, power plants, drilling equipment), urbanization (marinas, seawalls, breakwaters, etc.) It is inevitable to add coastal and marine infrastructure (CMI) to meet various social demands. Currently,> 50% of the Mediterranean coastline is dominated by concrete structures (EEA, 1999), and in some areas, over 90% of the coastline has been growing cities, ports and industries. (Cencini, 1998). As a result, the tendency to reinforce the coast and replace the natural coastline is continuously increasing (Bulled and Chapman, 2010, Dugan et al., 2011).

地球全体にわたり沿岸線の補強および防護の優位性が増加しているにもかかわらず、CMI上の種群集に関して、とくにその環境影響に関して、我々の理解は限られている(Connell and Glasby,1999,Dugan et al.,2011)。この知識ギャップにより、都市化海岸環境に対する我々の管理能力が著しく損なわれる(Bulled and Chapman,2010)。ポンツーンや防波堤などのCMI上での海洋生物の成長を調べた数少ない研究では、近接する自然生息地とは大きく異なる群集が見いだされた(たとえば、Connell,2000,Lam et al.,2009)。CMI上で発生する群集は、典型的には、自然群集ほど多様性がなく、通常、迷惑種および侵入種が優位である(Glasby et al.,2007)。これは、CMIのユニークな物理的特性、主に、組成およびデザインが原因であることがほとんどである。CMIは、表面の複雑性を最小限に抑えた急傾斜均一表面を含むことが多いので、潮間域が狭域に圧縮され、高耐性種のみが支援されることになる(Chapman and Underwood,2011)。さらに、CMIの50%超は、ポルトランドセメントで作製されている。このポルトランドセメントは、生物加入に関して貧基質として知られており、その理由は、おそらく、表面のアルカリ性が高いこと(海水のpH約8に対してpH約13)および海洋生物に有毒な化合物が存在することである(Lukens and Selberg.,2004,EBM,2004)。したがって、自然生息地により提供されるものに類似した生態系サービスを提供するCMIの能力は、大幅に損なわれ、ほとんどの都市/産業の海岸環境は、環境活動との関連では犠牲域と考えられる。   Despite the increasing predominance of coastline reinforcement and protection across the globe, our understanding is limited with regard to species communities on CMI, especially with regard to its environmental impact (Connell and Glassy, 1999, Dugan et al., 2011). This knowledge gap significantly impairs our ability to manage urbanized coastal environments (Bulled and Chapman, 2010). A few studies investigating the growth of marine organisms on CMIs, such as pontoons and breakwaters, found communities that differed significantly from the adjacent natural habitat (eg, Connell, 2000, Lam et al., 2009). The communities that occur on CMI are typically not as diverse as natural communities, and are usually dominated by nuisance and invasive species (Glasby et al., 2007). This is mostly due to the unique physical properties of CMI, mainly composition and design. CMI often includes a steeply uniform surface with minimal surface complexity, so the intertidal area is compressed to a narrow area and only highly resistant species are supported (Chapman and Underwood, 2011). ). Furthermore, over 50% of CMI is made of Portland cement. This Portland cement is known as a poor substrate for bioenrollment, probably because of the high surface alkalinity (pH about 13 versus seawater pH about 8) and the presence of compounds that are toxic to marine organisms (Lukens and Selberg., 2004, EBM, 2004). Thus, CMI's ability to provide ecosystem services similar to those provided by natural habitats is greatly impaired, and most urban / industrial coastal environments are considered sacrificial in the context of environmental activities .

過去数年間、CMIの生物学的および生態学的な価値を向上させるために生態工学の原理(Bergen et al.,2001)を利用したさまざまな方法が出現してきた(たとえば、Li et al.,2005,Naylor,2011)。これまで、デザインまたはテクスチャーの側面に重点を置いた向上手段は、より豊富かつ多様な自然群集を引き寄せて生態学的および構造的な利点を得ることをめざした(Wiecek,2009,Goff,2010,Dyson,2009)。これらの利点は、主に、生物起源の堆積、すなわち、カキ、カンザシゴカイ、フジツボ、およびサンゴのようなエンジニア種が硬質表面上に炭酸カルシウム(CaCO3)骨格を堆積することにより種々の生物に価値ある生息地を形成する(Jones et al.,1994)と同時に構造の強度および安定性にも寄与する(Risinger,2012)自然過程に関連付けられる。それにもかかわらず、CMIの組成を改変して生態系エンジニアなどの生態学的価値を有する種に有利になるように試みた研究は、少ない。   In the past few years, various methods have emerged that utilize ecological engineering principles (Bergen et al., 2001) to improve the biological and ecological value of CMI (eg, Li et al., 2005, Naylor, 2011). So far, improvement measures focused on aspects of design or texture have aimed to attract more abundant and diverse natural communities to obtain ecological and structural benefits (Wiesek, 2009, Goff, 2010, Dyson, 2009). These advantages are primarily valuable for various organisms due to biogenic deposition, ie engineer species such as oysters, mosquitoes, barnacles, and corals deposit calcium carbonate (CaCO3) skeletons on hard surfaces Associated with natural processes that form habitats (Jones et al., 1994) and contribute to structural strength and stability (Risinger, 2012). Nevertheless, few studies have attempted to modify CMI composition to favor species with ecological value, such as ecosystem engineers.

本出願の発明者らは、組成およびデザインの両方を対象とする統合方法を提供する。このために、自然生物群集を増大させると同時に依然として海洋建設の公式要件を遵守することをめざして、一連の5つの革新的コンクリートマトリックスを試験した。新しいマトリックスは、ポルトランドセメントと比較して低減されたアルカリ性を有し、混合物中のポルトランドセメントの優位性を減少させる種々の添加材を含むので、海洋生物にとってより好適なものとなる可能性がある。それに加えて、生物発生を促進することが知られている表面の複雑性の増加の影響およびそれとコンクリートマトリックスとの相互作用を試験した(Perkol−Finkel et al.,2012およびそこに記載の参照文献)。   The inventors of the present application provide an integrated method that covers both composition and design. For this purpose, a series of five innovative concrete matrices were tested with the aim of increasing natural life communities while still complying with the official requirements for offshore construction. The new matrix may have a reduced alkalinity compared to Portland cement and may contain more additives that reduce the superiority of Portland cement in the mixture, making it more suitable for marine life . In addition, the effects of increased surface complexity known to promote biogenesis and its interaction with the concrete matrix were tested (Percol-Finkel et al., 2012 and references described therein). ).

本明細書の以下に詳述されているのは、熱帯(紅海)および温帯(地中海)の両方の環境で標準的ポルトランドセメントと比較して革新的コンクリートマトリックスの生物学的性能を評価した1年間にわたる実験の結果である。一連の長期にわたる野外実験および制御された実験室試験を用いて、組成および複雑性の影響を実験的に評価した。標準的ポルトランドセメントと比較して、異なるコンクリートマトリックスは、異なる種群集(標的種の群集、バイオマス、および加入能力に関して)の異なる加入を示した。それに加えて、表面の複雑性の増加は、自然生物群集の成長の増大および生態系エンジニアによる炭酸カルシウムの堆積をもたらした。コンクリートの組成およびデザインのわずかな改変により、海洋の動物相および植物相の増大を支援して価値ある生態系サービスを提供するコンクリート系CMIの能力を改善可能であることが、結果から示唆される。そのような自然生物群集の増大は、コンクリートの耐久性を損なわないどころか、重量増加および生物保護を介して、経時的に物理的保護を提供可能である。   Described below in this specification is a year of evaluating the biological performance of an innovative concrete matrix compared to standard Portland cement in both tropical (Red Sea) and temperate (Mediterranean) environments. It is the result of the experiment over. The effects of composition and complexity were experimentally evaluated using a series of long-term field experiments and controlled laboratory tests. Compared to standard Portland cement, different concrete matrices showed different recruitment of different species communities (in terms of target species community, biomass, and recruitment capacity). In addition, increased surface complexity has resulted in increased growth of natural communities and the deposition of calcium carbonate by ecosystem engineers. The results suggest that minor modifications to the composition and design of concrete can improve the ability of concrete-based CMI to support the growth of marine fauna and flora and provide valuable ecosystem services . Such an increase in natural biological communities can provide physical protection over time, through weight gain and bioprotection, rather than impairing the durability of concrete.

本発明は、水域環境で動物相および植物相の成長を促進すべく使用するための、12未満のpHを有するコンクリートマトリックスを含む請求項1に記載の海洋インフラを提供する。 The present invention provides a marine infrastructure according to claim 1 comprising a concrete matrix having a pH of less than 12 for use to promote the growth of fauna and flora in an aquatic environment.

さらなる態様では、本出願は、12未満のpHを有するコンクリートマトリックスで構成された請求項1に記載の海洋建設インフラを提供することを含む、水域環境で動物相および植物相の成長を促進するための方法を提供する。 In a further aspect, the application provides for the growth of fauna and flora in an aquatic environment comprising providing an offshore construction infrastructure according to claim 1 composed of a concrete matrix having a pH of less than 12. Provide a way.

「水域環境」が参照される場合、限定されるものではなく、海洋(海洋域、底生域、潮間域、浅海域、河口域、塩性沼沢、サンゴ礁、ラグーン、およびマングローブ沼地を含む)ならびに淡水(静水、動水、湿地、および池を含む)を含めて、任意のタイプの水域が包含されることを理解すべきである。この用語は、任意の温度、年間の任意の時期または天候条件、および任意の流速における、任意の深さの前記水域環境を意味する。   Reference to “aquatic environment” includes, but is not limited to, oceans (including marine, benthic, intertidal, shallow water, estuary, salt marsh, coral reefs, lagoons, and mangrove swamps) and It should be understood that any type of body of water is encompassed, including fresh water (including still water, dynamic water, wetlands, and ponds). The term refers to the water environment at any depth, at any temperature, at any time of the year or weather conditions, and at any flow rate.

「動物相および植物相」が参照される場合、関係する水域環境生態系に典型的な任意のタイプの植物、生物、または動物が包含されることを理解すべきである。   When referring to “fauna and flora” it should be understood that any type of plant, organism or animal typical of the relevant aquatic environmental ecosystem is encompassed.

いくつかの実施形態では、海洋の動物相および植物相は、次のもの、すなわち、(i)方解石骨格を堆積することにより構造物の構造複雑性を増大させて他の生物のための生息地を形成するエンジニア種、たとえば、サンゴ、カキ、カンザシゴカイ、サンゴモ、およびフジツボ、(ii)濾過器官を用いて摂食すると同時にその過程で水から栄養素および有機粒子を取り込む濾過摂食生物、たとえば、カキ、イガイ、被嚢動物、およびスポンジ、(iii)岩内生/岩表生の藍藻、コンクリート表面が水レベルを超える特定の場合にはさらに、地衣類、菌類、および蘚類、の少なくとも1つを含む。   In some embodiments, the marine fauna and flora are: (i) a habitat for other organisms that increases the structural complexity of the structure by depositing a calcite skeleton. Engineer species, such as corals, oysters, coral moss, corals, and barnacles, (ii) filtered feeding organisms that feed on nutrients and organic particles from the water while feeding with the filtering organ, such as oysters , Mussels, encapsulated animals, and sponges, (iii) endolithic / rock surface cyanobacterium, at least one of lichens, fungi, and moss, in certain cases where the concrete surface exceeds water levels .

「動物相および植物相の成長の促進」が参照される場合、水域環境生態系ですでに成長しているかまたは成長可能であるかのいずれかである動物相および植物相の安定性、成長、健康、および繁殖の任意の定性的または定量的な促進、増大、補強、防御、強化、支援、加入、または支援が、当技術分野で公知の任意のパラメーター(個体または種の数、生活環、成長物または表面の被覆率など)により測定可能であることが包含されることを理解すべきである。   Reference to “facilitating growth of fauna and flora” refers to the stability, growth, and growth of fauna and flora, either already growing or capable of growing in aquatic environmental ecosystems. Any qualitative or quantitative promotion, increase, reinforcement, defense, enhancement, support, recruitment, or support of health and reproduction is any parameter known in the art (number of individuals or species, life cycle, It should be understood that it can be measured by growth or surface coverage).

いくつかの実施形態では、海洋の動物相および植物相の前記促進により、前記構造物の表面上への無機物の堆積が促進されて、12ヶ月後、1〜10メートルの深さ範囲で約50〜1000gr/mの値に達することが可能である。一方、前記構造物の表面上のクロロフィル濃度は、12ヶ月後、1〜10メートルの深さ範囲で約100〜800μgr/mの値に達することが可能である。 In some embodiments, the promotion of marine fauna and flora promotes the deposition of minerals on the surface of the structure, and after about 12 months, at a depth range of 1-10 meters, about 50 It is possible to reach values of ˜1000 gr / m 2 . On the other hand, the chlorophyll concentration on the surface of the structure can reach a value of about 100-800 μgr / m 2 in a depth range of 1-10 meters after 12 months.

他の実施形態では、海洋の動物相および植物相の前記促進により、12ヶ月後、前記構造物の表面上へのサンゴの加入数が、1〜10メートルの深さ範囲で15×15の表面積あたり約5〜25の加入数になり、<1ヶ月後、前記構造物の表面上への実験室条件下でのサンゴの着床率が約5〜60%になる。   In another embodiment, with the promotion of marine fauna and flora, after 12 months, the number of coral recruitment on the surface of the structure is 15 × 15 in a depth range of 1-10 meters. The number of recruitment is about 5-25 per hour, and after <1 month, the coral deposition rate under laboratory conditions on the surface of the structure is about 5-60%.

「海洋建設インフラ」という用語は、海岸防御構造物、たとえば、防波堤、防潮壁、護岸、および防砂堤、隔壁、埠頭、停泊地、および関連インフラ、たとえば、港湾、マリーナ、ウォーターフロント、プロムナードなどを含めて、海洋建設に好適であることが明らかな任意のタイプ、形状、またはサイズのインフラが包含されることを理解すべきである(http://ia600208.us.archive.org/14/items/shoreprotectionm01unit/shoreprotectionm01uriit.pdf中のArmy corps−SHORE PROTECTION MANUALをも参照されたい)。そのような海洋建設インフラの例としては、強化防潮壁、防護ユニット、潮溜り、パイル、橋梁基礎、海側バーム、コンクリートマットレス、水中ケーブルおよびパイプケーシング、係留ユニットが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   The term “marine construction infrastructure” refers to coastal defensive structures such as breakwaters, tide walls, seawalls, and seawalls, bulkheads, wharfs, anchorages, and related infrastructure such as ports, marinas, waterfronts, promenades, etc. It should be understood that any type, shape, or size of infrastructure apparently suitable for offshore construction is included (http://ia600208.us.archive.org/14/items) (See also Army corps-SHORE PROTECTION MANUAL in /shortprotectionm01unit/shoreprotectionm01uriit.pdf). Examples of such marine construction infrastructure include, but are not limited to, reinforced seawalls, protective units, tide pools, piles, bridge foundations, seaside balms, concrete mattresses, underwater cables and pipe casings, and mooring units. It is not something.

「コンクリートマトリックス」という用語は、典型的には、少なくとも1つのタイプのセメント(たとえば、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメントなど)と、少なくとも1種の骨材(たとえば、石灰石、青石など)の砂(4.75mm未満の微細グレード骨材およびまたは0〜2mm未満の天然骨材もしくは粉砕骨材)と、水(飲料に適したもので、1000百万分率超の塩化物や硫酸塩を含有せず、鉛、銅、亜鉛(<5ppm)、リン酸塩(<5ppm)などの有害物質を含まないものとする)と、を含むコンクリート組成物を意味する。   The term “concrete matrix” typically refers to at least one type of cement (eg, Portland cement, calcium aluminate cement, etc.) and at least one aggregate (eg, limestone, blue stone, etc.) sand ( Fine grade aggregate less than 4.75mm and / or natural aggregate or ground aggregate less than 0-2mm and water (suitable for beverages, containing more than 1000 parts per million chloride and sulfate. A concrete composition containing no harmful substances such as lead, copper, zinc (<5 ppm) and phosphate (<5 ppm).

さらなる態様では、本発明は、12未満の表面pHを有するコンクリートマトリックスで構成されたインフラを提供することを含む、岩内生および岩表生の植物相の成長を促進する方法を提供する。そのようなインフラはまた、地中海生物活性陸域構造物(すなわち、水レベルを超えるが、自然系と同様に陸域植物相の成長を促進するのに十分な湿度および降水を有する生物活性構造物)でありうることに留意すべきである。   In a further aspect, the present invention provides a method for promoting the growth of endophytic and rocky vegetation including providing an infrastructure composed of a concrete matrix having a surface pH of less than 12. Such infrastructure also includes Mediterranean bioactive terrestrial structures (ie, bioactive structures that exceed water levels but have sufficient humidity and precipitation to promote the growth of terrestrial flora as well as natural systems. It should be noted that.

「岩内生および岩表生の植物相」という用語には、地衣類、菌類、蘚類、さらには藍藻が包含されることを理解すべきである。   It should be understood that the term “rocky and rocky flora” includes lichens, fungi, mosses and even cyanobacteria.

そのような岩内生および岩表生の植物相は、十分な湿度および降水を有する陸域環境で成長可能であることに留意すべきである。   It should be noted that such rocky inland and rocky vegetation flora can grow in terrestrial environments with sufficient humidity and precipitation.

いくつかの実施形態では、本明細書の以上に挙げられたそのようなインフラは、内陸建築物の迅速植物壁被覆を誘導するように設計された「生物活性壁」部材である。緑色植物被覆は、都市景観を有意に改良し、清浄かつ健康的な空気を提供し、しかも都市開発のエコロジカルフットプリントを低減する。壁基質の物理的および化学的な性質は、成長の支援および増大を行うその能力に強い影響を及ぼす。いくつかの実施形態では、そのような生物活性壁構造物は、壁付着植物、岩内生藻類、地衣類、および蘚類の自然成長を誘導する。いくつかのさらなる実施形態では、前記生物活性壁構造物は、複雑な土壌系を必要とすることなく、植物相を支援する湿潤ニッチの形成を可能にする、高い複雑性および多孔性を有する。   In some embodiments, such infrastructure listed herein above is a “bioactive wall” member designed to guide rapid plant wall covering of inland buildings. Green plant cover significantly improves urban landscape, provides clean and healthy air, and reduces the ecological footprint of urban development. The physical and chemical properties of the wall substrate have a strong impact on its ability to support and increase growth. In some embodiments, such bioactive wall structures induce natural growth of wall-attached plants, rocky algae, lichens, and mosses. In some further embodiments, the bioactive wall structure has high complexity and porosity that allows the formation of a wet niche that supports flora without the need for complex soil systems.

その態様の他の一実施形態では、本発明は、12未満のpHを有するコンクリートマトリックスで構成された構造物を提供することを含む、岩内生および岩表生の嫌気性および好気性の植物相および動物相の成長を促進する方法を提供する。   In another embodiment of that aspect, the present invention provides an anaerobic and aerobic flora of inland and rocky surfaces comprising providing a structure composed of a concrete matrix having a pH of less than 12 And methods of promoting fauna growth.

いくつかの実施形態では、本明細書の以上に挙げられた前記構造物は、「ライブロック」構造物、すなわち、分離された閉じた海洋環境、たとえば、水槽(たとえば、塩水の水槽)中に配置された本発明に係る構造物である。そのようなライブロック構造物は、塩水の水槽の愛好家により望まれる多くの利点を閉じた海洋環境に付与する。本発明に係るライブロック構造物は、廃物を処理する窒素循環に必要とされる好気性および嫌気性の両方の硝化細菌をホストする優れた生物学的濾過器を提供する。したがって、前記ライブロックは、塩水の水槽の主要な生物学的硝化基質または生物学的濾過器になる。そのほかに、本発明に係るライブロック構造物はまた、水の化学性に対して、特定的には、炭酸カルシウムの放出により一定のpHを維持する支援に対して、安定化効果を有しうる。さらに、ライブロック構造物は、水槽の装飾部材であり、かつ生息動物のための隠れ家を提供する。   In some embodiments, the structures listed hereinabove are “live block” structures, ie, in isolated closed marine environments, such as aquariums (eg, saltwater aquariums). It is the structure concerning the present invention arranged. Such live rock structures provide many benefits desired by saltwater aquarium enthusiasts in a closed marine environment. The live rock structure according to the present invention provides an excellent biological filter that hosts both aerobic and anaerobic nitrifying bacteria required for nitrogen cycling to treat waste. Thus, the live rock becomes the main biological nitrification substrate or biological filter of the brine tank. In addition, the live block structure according to the present invention may also have a stabilizing effect on the water chemistry, in particular on the assistance of maintaining a constant pH by the release of calcium carbonate. . Furthermore, the live rock structure is a decorative element for the aquarium and provides a retreat for inhabitants.

岩内生および岩表生の嫌気性および好気性の植物相および動物相、たとえば、硝酸菌、硝化細菌などの成長を促進することに留意すべきである。   It should be noted that it promotes the growth of aerobic and aerobic anaerobic and aerobic flora and fauna such as nitrate bacteria, nitrifying bacteria, and the like.

いくつかの実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、約11未満のpHを有する。他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、約9〜約10.5のpHを有する。   In some embodiments, the concrete matrix has a pH of less than about 11. In another embodiment, the concrete matrix has a pH of about 9 to about 10.5.

いくつかの実施形態では、前記コンクリートマトリックスの前記pHは、実質的に全コンクリートインフラのpHである。他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスの前記pHは、前記インフラの実質的に頂部表面のpHである。そのほかのさらなる実施形態では、前記頂部表面の厚さは、約5cm以上である。   In some embodiments, the pH of the concrete matrix is substantially the pH of the entire concrete infrastructure. In another embodiment, the pH of the concrete matrix is substantially the pH of the top surface of the infrastructure. In another further embodiment, the thickness of the top surface is about 5 cm or greater.

いくつかの実施形態では、前記水域環境の塩分は、約0〜45pptである(すなわち、塩分は、0、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45pptでありうる)。   In some embodiments, the salinity of the aquatic environment is about 0-45 ppt (ie, the salinity is 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 ppt).

植物相および動物相の増大は、十分な光に暴露される領域すなわち有光層(0〜100メートルの最大深さ)および海底から飛沫域までの領域、または陸域植物相を支援する生物活性構造物ではそれよりも上の領域における、水域環境を対象とする。   Increases in flora and fauna are areas that are exposed to sufficient light, i.e., lighted layers (maximum depth of 0-100 meters) and areas from the sea floor to the splash area, or biological activity that supports terrestrial flora In the structure, the aquatic environment in the region above it is targeted.

いくつかの実施形態では、前記インフラは、少なくとも12の粗さグレードの表面粗さを有する。他の実施形態では、前記インフラは、少なくとも50ミクロンのRA値を有する。それに加えて、前記インフラは、5〜20mmのRA値の表面テクスチャーを有する。   In some embodiments, the infrastructure has a surface roughness of at least 12 roughness grades. In another embodiment, the infrastructure has an RA value of at least 50 microns. In addition, the infrastructure has a surface texture with an RA value of 5-20 mm.

いくつかの他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、単位体積あたりの重量が約1100〜約2500Kg/mである。そのほかのさらなる実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、単位体積あたりの重量が約1100〜約1800Kg/mである。 In some other embodiments, the concrete matrix has a weight per unit volume of about 1100 to about 2500 Kg / m 3 . In another further embodiment, the concrete matrix has a weight per unit volume of about 1100 to about 1800 Kg / m 3 .

さらなる実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、ポルトランドセメント重量の0〜約90%の重量でまたはそれを完全に置き換えて、添加材およびセメントを含む。   In a further embodiment, the concrete matrix comprises additives and cement at a weight of 0 to about 90% or completely replacing the Portland cement weight.

他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、少なくともの1種のマイクロシリカ/シリカヒュームおよびメタカオリンおよびアルミン酸カルシウムセメントを含む。いくつかの実施形態では、マトリックス中のポルトランドセメントの任意の等価重量%の量を置き換えるべく、上述のシリカおよび/またはメタカオリンおよび/またはカルシウムアルミナセメントがコンクリートマトリックスに添加される。   In another embodiment, the concrete matrix comprises at least one microsilica / silica fume and metakaolin and calcium aluminate cement. In some embodiments, the silica and / or metakaolin and / or calcium alumina cements described above are added to the concrete matrix to replace any equivalent weight percent amount of Portland cement in the matrix.

いくつかのさらなる実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、約30〜80Mpa(すなわち、約30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、または80Mpa)の平均圧縮強度を有する。(ASTM C39(AASHTO T22))   In some further embodiments, the concrete matrix has an average compressive strength of about 30-80 Mpa (ie, about 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, or 80 Mpa). . (ASTM C39 (AASHTO T22))

いくつかのさらなる実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、7barの圧力下で約5〜50mm(すなわち、約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50mm)の水圧浸透抵抗を有する。(EN12390−8)   In some further embodiments, the concrete matrix has a hydraulic penetration resistance of about 5-50 mm (ie, about 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 mm) under a pressure of 7 bar. Have (EN12390-8)

他の実施形態では、前記コンクリートマトリックスは、約500〜2000クーロン(すなわち、約500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000クーロン)の塩化物浸透抵抗を有する。(ASTM c1202)   In other embodiments, the concrete matrix is about 500-2000 coulombs (ie, about 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, It has a chloride penetration resistance of 2000 coulombs. (ASTM c1202)

次に、本明細書に開示された主題の理解を深めるためにおよびそれを実際にどのように実施しうるかを例証するために、添付の図面を参照しながら実施形態を説明するが、ただし、これらに限定されるものではなく、単なる例であるにすぎない。   In order to better understand the subject matter disclosed herein and to illustrate how it may actually be implemented, embodiments will now be described with reference to the accompanying drawings, however, It is not limited to these and is merely an example.

図1は、配置の3ヶ月後(それぞれ、Red3、Med3で示される)、6ヶ月後(それぞれ、Red6、Med6で示される)、および12ヶ月後(それぞれ、Red12、Med12で示される)に対応する2つの野外試験地(紅海=四角、地中海=三角)の群集データの2D−MDSを示している。各点は、1つのタイル(プールされたタイル面)を表す。FIG. 1 corresponds to 3 months after placement (represented as Red3, Med3, respectively), 6 months (represented as Red6, Med6, respectively), and 12 months (represented as Red12, Med12, respectively). 2D-MDS of community data of two field test sites (Red Sea = square, Mediterranean = triangle). Each point represents one tile (pooled tile surface). 図2は、典型的な群集データの2D−MDSを示している。各点は、1つのタイル(プールされた面)を表す。紅海の例では、配置の6ヶ月後、プロットの右側に本発明に係る種々のコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、M5で示される)が示され、左側にクラスターを形成したポルトランドセメントタイルが示される。FIG. 2 shows a typical crowd data 2D-MDS. Each point represents one tile (pooled surface). In the Red Sea example, six months after placement, Portland cement with various concrete matrices according to the present invention (represented by M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) on the right side of the plot and clusters formed on the left side. Tiles are shown. 図3A〜3Bは、ポルトランドセメントと比較して、本発明に係る種々の革新的コンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上における配置の3、6、および12ヶ月後(それぞれ、3M、6M、および12Mで示される)の生物被覆パーセントの模式的比較を提供する。図3Aは、紅海(Redで示される)における生物被覆を提供する。図3Bは、地中海(Medで示される)における生物被覆を提供する。実線は、平滑タイル面(Sで示される)を表し、点線は、テクスチャー面(Tで示される)を表す。3A-3B show 3, 6, and 12 of arrangements on various innovative concrete matrices according to the present invention (represented by M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) compared to Portland cement. A schematic comparison of percent biocovering after months (represented by 3M, 6M, and 12M, respectively) is provided. FIG. 3A provides a biocover in the Red Sea (denoted Red). FIG. 3B provides a biocover in the Mediterranean (denoted Med). The solid line represents the smooth tile surface (denoted by S) and the dotted line represents the texture surface (denoted by T). 図4A〜4Cは、本発明に係るコンクリートマトリックス上への底生生物の典型的な加入を示している(紅海における配置の6ヶ月後のM4の例)。図4Aは、完全に100%被覆されたテクスチャー面を示している。図4Bは、限定さたれ加入を有する同一タイルの平滑面を示している。図4Cは、群集データの2D−MDSを示している。各点は、1つのタイル面(テクスチャー面=四角、平滑面=丸)を表す。紅海におけるタイルの例では、配置の6ヶ月後、テクスチャータイル面(上側)と平滑タイル面(下側)との分離が示される。4A-4C show typical encroachment of benthic organisms on a concrete matrix according to the present invention (example of M4 after 6 months of placement in the Red Sea). FIG. 4A shows a textured surface that is completely 100% coated. FIG. 4B shows the smooth surface of the same tile with limited addition. FIG. 4C shows 2D-MDS of the crowd data. Each point represents one tile surface (texture surface = square, smooth surface = circle). The example of tiles in the Red Sea shows a separation between the texture tile surface (upper) and the smooth tile surface (lower) after 6 months of placement. 図5A〜5Bは、配置の6および12ヶ月後(それぞれ、6Mおよび12Mで示される)、ポルトランドセメントと比較して、本発明に係るコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上に蓄積された有機(点線、Oで示される)および無機(実線、Iで示される)のバイオマスの模式的比較を提供する。図5Aは、紅海(Redで示される)における比較を示している。図5Bは、地中海(Medで示される)における比較を示している。FIGS. 5A-5B show concrete matrices (M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) according to the present invention compared to Portland cement after 6 and 12 months of placement (represented by 6M and 12M, respectively). Provides a schematic comparison of organic (indicated by dotted line, O) and inorganic (indicated by solid line, I) biomass accumulated on FIG. 5A shows a comparison in the Red Sea (indicated by Red). FIG. 5B shows a comparison in the Mediterranean (denoted Med). 図6は、ポルトランドセメントと比較して、地中海(Medで示される)および紅海(Redで示される)の試験地における配置の6ヶ月後(6Mで示される)および12ヶ月後(12Mで示される)の本発明に係るコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上のクロロフィルa濃度の模式的比較を提供する。FIG. 6 shows 6 months (shown at 6M) and 12 months (shown at 12M) of placement in Mediterranean (shown as Med) and Red Sea (shown as Red) test sites compared to Portland cement. ) Provides a schematic comparison of chlorophyll a concentration on a concrete matrix according to the present invention (indicated by M1, M2, M3, M4 and M5, respectively). 図7A〜7Bは、配置の3ヶ月後(3Mで示される)、6ヶ月後(6Mで示される)、および12ヶ月後(12Mで示される)、ポルトランドセメントと比較して、本発明に係るコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上へのサンゴの加入数の模式的比較を提供する。値は、コンクリートマトリックス(タイルおよびプールされたタイル面)1つあたりの全加入数を表す。図7Aは、ソフトサンゴの加入数を示している。図7Bは、イシサンゴの加入数を示している。7A-7B according to the invention after 3 months of placement (indicated by 3M), after 6 months (indicated by 6M) and after 12 months (indicated by 12M) compared to Portland cement A schematic comparison of the number of coral recruitments on a concrete matrix (indicated by M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) is provided. The value represents the total recruitment per concrete matrix (tiles and pooled tile faces). FIG. 7A shows the number of soft coral subscribers. FIG. 7B shows the number of subscribers to the coral. 図8A〜8Cは、ポルトランドセメントと比較して、本発明に係るコンクリートマトリックス(それぞれ、M1、M2、M3、M4、およびM5で示される)上へのD.ヘンプリキ(D.hemprichi)断片の自然付着(図8A)、H.フセッセンス(H.fuscescens)幼生の着床(図8B)、およびB.ネリチナ(B.neritina)幼生の着床(図8C)の模式的比較を提供する。8A-8C show D. on a concrete matrix according to the present invention (represented by M1, M2, M3, M4, and M5, respectively) compared to Portland cement. Spontaneous attachment of D. hemplichi fragments (FIG. 8A), Implantation of H. fucescens larvae (FIG. 8B), and FIG. 6 provides a schematic comparison of B. neritina larvae implantation (FIG. 8C). 図9は、M4タイルで示される本発明に係るコンクリートマトリックス上に蓄積された生物起源方解石成長物で構成されたスクレープ材料を示している(配置の3ヶ月後の図)。FIG. 9 shows a scrape material composed of biogenic calcite growth accumulated on a concrete matrix according to the present invention, represented by M4 tiles (3 months after placement).

材料および方法
野外実験
5つの異なるコンクリートマトリックスの加入能力(植物相および動物相の両方に関して)を標準的ポルトランドセメントと比較して試験した。試験されたマトリックスはすべて、30〜50MPaの圧縮力を耐えるので、海洋建設のさまざまな要件を満たす(「コンクリートマトリックスの作製」の節を参照されたい)。加入に及ぼすコンクリート組成の影響を試験する以外に、海洋の植物相および動物相の加入に及ぼす表面テクスチャーの影響、すなわち、平滑表面対テクスチャー表面を試験した。Inter University Institute in Eilatに位置する紅海の熱帯環境およびIsraelのAshdod近郊の地中海の温帯水域で、同時に加入を試験した。
Materials and Methods Field Experiments The recruitment capacity (in terms of both flora and fauna) of five different concrete matrices was tested in comparison with standard Portland cement. All tested matrices can withstand compressive forces of 30-50 MPa, thus meeting the various requirements of offshore construction (see section "Concrete Matrix Making"). In addition to testing the effect of concrete composition on recruitment, the effect of surface texture on the recruitment of marine flora and fauna, ie, smooth versus textured surfaces, was examined. Enrollment was tested simultaneously in the tropical environment of the Red Sea located at the Inter University Institute in Eilat and in the Mediterranean temperate waters near Ashdod, Israel.

15×15×4cmのコンクリートタイルを野外実験に使用した。約2.5kgの重量の各タイルは、1つの平滑面および1つをテクスチャー面を有していた。プラスチックフォームライナーを用いてテクスチャーを形成し、サンゴポリプ様テクスチャーを作製した。5つの各試験マトリックス(M1〜M5)およびポルトランド対照に対して、10個のレプリケートを作製した。マトリックス組成を明らかにしないID番号(1、2、3…)を各タイルにタグ付けした。各タイル番号に対するマトリックスタイプを独立に列挙して「盲検」サンプリングを可能にし(すなわち、調査者は、それらのコンクリート組成を知ることなくタイルをサンプリングした)、データ収集の偏りを排除した。海に配置された金属メッシュテーブル上にタイルを載せた。紅海の試験地では、タイルを10mの深さに配置し、一方、地中海の試験地では、より浅い海底条件のため、6mの深さに配置した。テクスチャー面を海側に向けて、種々のマトリックスのタイルをメッシュテーブル上にランダムに置いた。   A 15 × 15 × 4 cm concrete tile was used in the field experiment. Each tile weighing about 2.5 kg had one smooth surface and one textured surface. A texture was formed using a plastic foam liner to produce a coral polyp-like texture. Ten replicates were made for each of the five test matrices (M1-M5) and the Portland control. Each tile was tagged with an ID number (1, 2, 3,...) That does not reveal the matrix composition. The matrix type for each tile number was listed independently to allow “blind” sampling (ie, the investigators sampled the tiles without knowing their concrete composition) and eliminated data collection bias. Tiles were placed on a metal mesh table placed in the sea. In the Red Sea test site, the tiles were placed at a depth of 10 m, while in the Mediterranean test site, they were placed at a depth of 6 m due to shallower seabed conditions. Various matrix tiles were randomly placed on the mesh table with the texture side facing the sea.

配置の3、6、および12ヶ月後、各マトリックスの5つのタイルをサンプリングした。各モニターイベントで、タイルを海から一時的に取り出して、完全に浸漬した状態で実験室に移動した。解剖顕微鏡を用いて各タイルの両面を注意深く検査し、写真撮影し、サンプリングし、その後、再配置した。Perkol−Finkel et al.(2008)に従って、1×1cmグリッドを用いて、各タイル面上の加入タクソンの被覆の定量を行った。記載のデータには、タクソン組成、コロニー生物(コケムシ、被嚢動物、およびスポンジ)の被覆パーセント、および単生生物(被嚢動物、二枚貝、およびフジツボ)の数が含まれていた。個体としてカウントできなかったタクソン(すなわち、カンザシゴカイのクラスター)または密度が異なるタクソン(芝状藻およびサンゴモ)を次のようにランク付けした。0−不在、1−疎分布、2−密分布、および3−密均一。   Five tiles of each matrix were sampled after 3, 6 and 12 months of placement. At each monitoring event, the tiles were temporarily removed from the sea and moved to the laboratory with full immersion. Using a dissecting microscope, both sides of each tile were carefully inspected, photographed, sampled and then repositioned. Percol-Finkel et al. (2008), a 1 × 1 cm grid was used to quantify the coverage of added taxon on each tile surface. The data included included taxon composition, percent coverage of colony organisms (bryozoans, encapsulated animals, and sponges) and the number of living organisms (encapsulated animals, bivalves, and barnacles). Taxons that could not be counted as individuals (i.e. Kansagogo cluster) or taxons with different densities (turfaceous algae and coral) were ranked as follows. 0-absent, 1-sparse distribution, 2-dense distribution, and 3-dense uniform.

それに加えて、配置の6および12ヶ月後のモニタリング時、Perkol−Finkel et al.(2006)に従って、各タイルの平滑面の1/4から注意深くすべての底生生物および藻類をスクレープすることにより、クロロフィル濃度およびバイオマス(有機および無機の乾燥重量)を測定した。Greenberg(1995)に従ってクロロフィル含有率分析を行うために、各平滑面の1/4をさらにサンプリングした。   In addition, during monitoring at 6 and 12 months after deployment, Percol-Finkel et al. (2006), chlorophyll concentration and biomass (organic and inorganic dry weight) were measured by scraping carefully all benthic organisms and algae from 1/4 of the smooth surface of each tile. A quarter of each smooth surface was further sampled for chlorophyll content analysis according to Greenberg (1995).

データ解析には、有機および無機のバイオマス、クロロフィル濃度、および生物被覆パーセントに対するユークリッド距離類似度指数に基づく単変量1元配置PERMONOVA検定、さらにはブレイ・カーティス類似度指数に基づくパラメトリックPERMANOVA検定によるタクソン群集の多変量データ解析が含まれていた。それに加えて、妥当な場合、事後ペアワイズ検定を適用した。2D−MDSプロットを用いて多変量データで傾向をグラフに表した。PRIMER/PERMANOVAプログラム(Anderson et al.,2008,Clarke and Gorley,2006)を用いて、すべての解析を行った。図中のデータは、とくに異なる記載がないかぎり、平均±SEとして提示される。   Data analysis included taxon assemblages with univariate one-way PERMONOVA test based on Euclidean distance similarity index for organic and inorganic biomass, chlorophyll concentration, and biocover percent, and also parametric PERMANOVA test based on Bray-Curtis similarity index Multivariate data analysis was included. In addition, a post hoc pairwise test was applied where appropriate. Trends were graphed with multivariate data using 2D-MDS plots. All analyzes were performed using the PRIMER / PERMANOVA program (Anderson et al., 2008, Clarke and Gorley, 2006). Data in the figure are presented as mean ± SE unless otherwise noted.

実験室実験
標準的ポルトランドセメントのものと比較して、5つの異なるコンクリートマトリックスの加入増大能力を定量するために、in−vitro実験室実験を行った。これらには、2つのソフトサンゴ種、すなわち、ヘテロキセニア・フセッセンス(Heteroxenia fuscescens)およびデンドロネフチア・ヘンプリキ(Dendronephthya hemprichi)、さらには濾過摂食コケムシブグラ・ネリチナ(Bugula neritina)の幼生が含まれていた。実験室でコロニーをインキュベートすることによりH.フセッセンス(H.fuscescens)およびB.ネリチナ(B.neritina)の幼生採取を行い、一方、D.ヘンプリキ(D.hemprichi)については、シーザーを用いて成体コロニーから手作業で微小断片を作製した。着床過程がより遅いため実験開始の1ヶ月後に検査されたH.フセッセンス(H.fuscescens)の着床以外は、実験開始の1週間後に幼生/断片の着床をモニターした。モニター時、各キューブ上に着床された幼生/断片の数を決定した。
Laboratory Experiments In-vitro laboratory experiments were performed to quantify the recruitment enhancing ability of five different concrete matrices compared to that of standard Portland cement. These included two soft coral species, namely Heteroxenia fuscens and Dendronephthia hemprich, as well as juveniles of the filter-feeding moss Nebulina (Bugula neritina). . By incubating colonies in the laboratory, H. fuessescens and B. et al. B. neritina larvae are collected while D. For Hemprich (D. hemplichi), a small fragment was manually produced from an adult colony using a Caesar. H. was tested one month after the start of the experiment due to the slower implantation process. Except for the implantation of H. fuscenssen, larvae / fragment implantation was monitored one week after the start of the experiment. At the time of monitoring, the number of larvae / fragments implanted on each cube was determined.

試験ユニットは、ポルトランドセメント対照と比較して野外で試験された5つのマトリックス(M1〜M5)に対応する2.5×2.5×2.5cmのコンクリートキューブからなっていた。各実験時、各マトリックスの5〜8個のレプリケート(幼生入手可能性に依存する)を試験した。このために、新しい流海水が充填された個別の250mlビーカー内に各コンクリートキューブを配置して、順化のために3日間放置した。順化後、ユニークな番号の幼生を各ビーカーに添加した。各ビーカーに導入された幼生の数は、幼生入手可能性に応じて異なり、ビーカー1つあたり最小5個〜ビーカー1つあたり最大40個の範囲内の幼生であった。水温を自然条件のものに類似した状態に維持した。良好な循環を有する流水テーブル中にビーカーを完全に浸漬された状態で配置した。移動幼生を検査する場合、幼生の初期着床(典型的には24〜72時間)までビーカーをその高さの3/4まで流水系内に浸漬し、その後、それを完全に浸漬した。   The test unit consisted of a 2.5 × 2.5 × 2.5 cm concrete cube corresponding to five matrices (M1-M5) tested in the field compared to the Portland cement control. At each experiment, 5-8 replicates of each matrix (depending on larval availability) were tested. For this purpose, each concrete cube was placed in a separate 250 ml beaker filled with fresh flowing seawater and left for 3 days for acclimatization. After acclimatization, a unique number of larvae was added to each beaker. The number of larvae introduced into each beaker varied depending on larva availability and ranged from a minimum of 5 per beaker to a maximum of 40 per beaker. The water temperature was kept similar to that of natural conditions. The beaker was placed fully immersed in a running water table with good circulation. When examining moving larvae, the beaker was immersed in the flowing water system to 3/4 of its height until the larva's initial landing (typically 24-72 hours), after which it was fully immersed.

データ解析には、ユークリッド距離類似度指数に基づく単変量1元配置PERMONOVA検定、およびPRIMER/PERMANOVAプログラムを用いた事後ペアワイズ検定が含まれていた(Anderson et al.,2008、Clarke and Gorley,2006)。   Data analysis included a univariate one-way PERMONOVA test based on the Euclidean distance similarity index and a posteriori pairwise test using the PRIMER / PERMANOVA program (Anderson et al., 2008, Clarke and Gorley, 2006). .

コンクリートマトリックスの作製
この研究で試験されたマトリックスは、混合物中のポルトランドセメントの量、他のセメントの使用、空気含有率、および添加ミキサーがさまざまである。亀裂防止用25mmマイクロファイバーをすべてのマトリックスに組み込んだ。マトリックスを80リットル水平ミキサーにより混合し、プラスチックフォームライナーを用いて10×60×160cmフォーム内にキャストした。28日後、ウォータージェットマーブルソーによりコンクリートシートを15×15cm実験タイルにカットした。フォームライナーをフォームの底面にのみ適用したので、各タイルは、1つテクスチャー面および1つの平滑面を有していた。
Concrete Matrix Preparation The matrices tested in this study vary in the amount of Portland cement in the mixture, the use of other cements, air content, and additive mixers. Crack prevention 25 mm microfibers were incorporated into all matrices. The matrix was mixed with an 80 liter horizontal mixer and cast into 10 × 60 × 160 cm foam using a plastic foam liner. After 28 days, the concrete sheet was cut into 15 × 15 cm experimental tiles with a water jet marble saw. Since the foam liner was applied only to the bottom of the foam, each tile had one textured surface and one smooth surface.

圧縮強度−ASTM C39(AASHTO T22)、水圧浸透抵抗−EN12390−8、塩化物イオン浸透抵抗−ASTM C1202−12を含めて、ASTM規格またはEN規格に準拠して、すべてのマトリックスを試験した。コンクリート表面上の深さ0.5cmのドリル孔から5grのドリル加工残渣を捕集し、それを50mlの蒸溜水(pH7)中に混合することにより、コンクリートのpH値を検査した。試験されたコンクリートマトリックス(M1〜M5)はすべて、ポルトランドセメント系混合物よりも低いpH値を示した(それぞれ、12.5〜13.5と比較して9〜10.5、表1)。圧縮強度に関して、M1〜M5は、ポルトランドセメント系混合物のものと類似のまたはそれよりも大きい強度を有し、値は39.3MPa(M2)程度に達する。高い空気含有率を有するM4およびM5を除くすべてのマトリックスは、類似の密度(2300〜2500kg/m)を有するポルトランドセメント系混合物よりも高い塩化物イオン浸透抵抗(<1500クーロン)および水圧浸透抵抗(<20mm)を呈した。
All matrices were tested according to ASTM or EN standards, including Compressive Strength—ASTM C39 (AASHTO T22), Hydraulic Osmosis Resistance—EN 12390-8, Chloride Ion Osmosis Resistance—ASTM C1202-12. The pH value of the concrete was examined by collecting 5 gr drilling residue from a 0.5 cm deep drill hole on the concrete surface and mixing it in 50 ml of distilled water (pH 7). All of the tested concrete matrices (M1-M5) showed lower pH values than the Portland cement-based mixture (9-10.5 compared to 12.5-13.5, respectively, Table 1). Regarding the compressive strength, M1 to M5 have a strength similar to or greater than that of Portland cement-based mixtures, with values reaching the order of 39.3 MPa (M2). All matrices except M4 and M5 with high air content have higher chloride ion penetration resistance (<1500 coulombs) and hydraulic penetration resistance than Portland cement-based mixtures with similar densities (2300-2500 kg / m 3 ) (<20 mm).

結果
野外実験
群集データの統計解析から、場所(紅海対地中海:df=1、擬f=177.47、P=0.001)、配置後の月数(3、6、12m:df=2、擬f=83.38、P=0.001)、マトリックスタイプ(M1〜M5、ポルトランド:df=5、擬f=2.45、P=0.001)、およびプレート面(平滑対テクスチャー:df=1、擬f=11.12、P=0.001)の間で種群集の有意差が明らかにされた。図1は、紅海および地中海の試験地の異なる群集構造、さらには明確な時間パターンを例示しており、MDS上でさらに離れて現れる3および6ヶ月後のクラスター(より薄い色調)と比較して配置の12ヶ月後のクラスター(暗い色調)の相対近接度から示唆されるように、このことから、群集構造が経時的に類似性を獲得することが示唆される。
Results Field experiment From statistical analysis of the crowd data, the location (Red Sea vs. Mediterranean: df = 1, pseudo f = 177.47, P = 0.001), months after placement (3, 6, 12m: df = 2, Pseudo f = 83.38, P = 0.001), matrix type (M1-M5, Portland: df = 5, pseudo f = 2.45, P = 0.001), and plate surface (smooth vs. texture: df = 1, pseudo f = 11.12, P = 0.001), a significant difference in species community was revealed. FIG. 1 illustrates the different community structure of the Red Sea and Mediterranean test sites, as well as a clear temporal pattern, compared to clusters after 3 and 6 months (lighter shades) appearing further on MDS. This suggests that the community structure gains similarity over time, as suggested by the relative proximity of the clusters (dark shades) 12 months after placement.

異なるコンクリートマトリックスに加入するタクソン組成もまた、場所および時間によって異なっていた(有意な場所×マトリックス相互作用項:df=5、擬f=1.50、P=0.049、および月数×マトリックス:df=10、擬f=1.37、P=0.037)。それにもかかわらず、図2に見られるように、ポルトランドセメントで構成されたタイルは、他のコンクリートマトリックス(M1〜5)とは独立してクラスターを形成することが一般的傾向として示唆された。種々のマトリックス間の類似性のレベルは、時間および場所によって異なっていた。   The taxon composition joining different concrete matrices also differed by location and time (significant location x matrix interaction terms: df = 5, pseudo f = 1.50, P = 0.049, and months x matrix : Df = 10, pseudo f = 1.37, P = 0.037). Nevertheless, as seen in FIG. 2, it has been suggested as a general trend that tiles composed of Portland cement form clusters independently of other concrete matrices (M1-5). The level of similarity between the various matrices varied with time and place.

生物被覆パーセントの解析(図3)は、多変量群集データ解析の結果を裏付けるものであることから、生物被覆は、場所(df=1、擬f=6.77、P=0.009)、月数(df=2、擬f=133.36、P=0.001)、タイル面(df=1、擬f=20.58、P=0.001)、およびマトリックス(df=5、擬f=27.57、P=0.001)によって異なることが明らかにされた。種々のマトリックスの被覆パーセントの傾向は、場所間では一貫性があるが、時間およびタイル面との関連では変化した(有意な相互作用項:月数×マトリックス、df=10、擬f=4.64、P=0.001、および月数×面、df=2、擬f=9.00、P=0.001)。配置の3ヶ月後という早い時期に、ポルトランドセメントタイルは、他のマトリックス、主に、最も高い生物被覆パーセントの加入を示したM1、M4、およびM5と比較して、より低い生物被覆を有していたことが、ペアワイズ比較から示される。   Since the analysis of percent biocovering (FIG. 3) confirms the results of the multivariate crowd data analysis, the biocover is the location (df = 1, pseudo f = 6.77, P = 0.090), Number of months (df = 2, pseudo f = 133.36, P = 0.001), tile surface (df = 1, pseudo f = 2.58, P = 0.001), and matrix (df = 5, pseudo f = 27.57, P = 0.001). The trend in percent coverage of the various matrices was consistent between locations, but varied in relation to time and tile plane (significant interaction terms: months × matrix, df = 10, pseudo f = 4. 64, P = 0.001, and the number of months × plane, df = 2, pseudo-f = 9.00, P = 0.001). As early as 3 months after placement, Portland cement tiles have a lower bio-coating compared to other matrices, mainly M1, M4, and M5, which showed the highest percentage of bio-coating coverage. It was shown from the pair-wise comparison.

タイル表面の複雑性に関連付けられる傾向を検査した場合、紅海の試験地では、平滑面とテクスチャータイル面との差は、経時的に一貫性があったが、地中海の試験地では、プレート面間の差は、初期は有意であったが(配置の3ヶ月後)、配置の6および12ヶ月後は有意でなかったことが、明らかである。これらの結果は、紅海の多変量群集データ解析と一致することから、全体的に、複雑な表面テクスチャーは、平滑とは対照的に、より多様な高密度の底生群集の加入を示したことが明確に示唆される(図4)。   When examining trends associated with tile surface complexity, the difference between smooth and textured tile surfaces was consistent over time in the Red Sea test site, but between the plate surfaces in the Mediterranean test site. It is clear that the difference was initially significant (3 months after placement) but not significant after 6 and 12 months of placement. These results are consistent with multivariate community data analysis of the Red Sea, and overall, complex surface textures showed more diverse and dense benthic community recruitment as opposed to smoothness. Is clearly suggested (FIG. 4).

ポルトランドセメントタイルと比較した種々の革新的コンクリートマトリックスの加入能力の差は、配置の6および12ヶ月後に行われたバイオマス分析から、とくに、無機材料との関連で、きわめて明白であった(図5)。タイル上に加入した有機物の量は、場所によって異なっていたが(df=1、擬f=4.93、P=0.029)、配置後の月数または種々のマトリックスとの関連では、有意な傾向は現れなかった。それにもかかわらず、無機物の濃度は、場所間で有意に異なっていた(df=1、擬f=83.53、P=0.001)、月数(df=1、擬f=11.16、P=0.002)、およびマトリックス(df=5、擬f=7.28、P=0.001)。これらの差は、場所間で経時的に変化し(有意な場所×月数相互作用:df=1、擬f=4.23、P=0.039)、紅海の試験地では、他のマトリックスと比較して最高値を有するM5およびM4が、マトリックス間の差を主導するものであったが、地中海の試験地では、M1、M4、およびM5が、残りのマトリックスと比較して無機物に関して最高値を有していたことが、ペアワイズ比較から示唆された。   The difference in recruitment capacity of various innovative concrete matrices compared to Portland cement tiles was very evident from biomass analysis performed 6 and 12 months after placement, especially in relation to inorganic materials (FIG. 5). ). The amount of organic matter added on the tile was different from place to place (df = 1, pseudo f = 4.93, P = 0.029), but significant in relation to the number of months after placement or various matrices. The trend did not appear. Nevertheless, the mineral concentration was significantly different between locations (df = 1, pseudo f = 83.53, P = 0.001), months (df = 1, pseudo f = 11.16). , P = 0.002) and matrix (df = 5, pseudo-f = 7.28, P = 0.001). These differences vary from place to place over time (significant place × months interaction: df = 1, pseudo f = 4.23, P = 0.039), and other matrices at the Red Sea test site M5 and M4, which have the highest values compared to the matrix, led the difference between the matrices, but in Mediterranean test sites, M1, M4, and M5 were the highest in terms of minerals compared to the rest of the matrix. It was suggested from the pairwise comparison that it had a value.

地中海で試験タイル上に加入した無機材料の量は、紅海で加入したものよりも一貫して多かった。それにもかかわらず、値は、一般的には、両方の試験地で高く、平均すると地中海の試験地では413.51±25.63gr/m−2および紅海の試験地では201.14±10.28であった。浸漬の1年後、類似のマトリックスは、紅海および地中海の両方の試験地で無機材料の最大の蓄積を呈し、M1、M4、およびM5は、地中海では、それぞれ、547±107.58、659.51±65.844、および553.95±94.94gr/m、ならびに紅海では、272.31±33.84、249.79±37.00、および257.03±+39.34gr/mの値を有していた。 The amount of inorganic material added on the test tile in the Mediterranean was consistently higher than that added in the Red Sea. Nevertheless, the values are generally high in both test sites, averaging 413.51 ± 25.63 gr / m −2 in the Mediterranean test site and 201.14 ± 10. 28. After one year of immersion, a similar matrix exhibits the greatest accumulation of inorganic material in both the Red Sea and Mediterranean test sites, with M1, M4, and M5 being 547 ± 107.58, 659. 51 ± 65.844, and 553.95 ± 94.94 gr / m 2 , and in the Red Sea, 272.31 ± 33.84, 249.79 ± 37.00, and 257.03 ± + 39.34 gr / m 2 Had a value.

クロロフィルa含有率もまた、場所(df=1、擬f=52.62、P=0.001)、配置の後の月数(df=1、擬f=9.09、P=0.001)、およびマトリックス(df=5、擬f=4.86、P=0.001)によって有意に異なっていた。図6に見られるように、ほとんどの場合、クロロフィルaの濃度は、2つの研究試験地で月数およびマトリックスによって異なっていたが(有意な場所×月数×マトリックス相互作用項:df=5、擬f=2.84、P=0.015)、M1タイルのクロロフィルaの濃度がポルトランドセメントタイルのものよりも有意に高い傾向は、両方の試験地で一貫性が挙げられる多(両方の試験地でP<0.05)。   Chlorophyll a content is also determined by location (df = 1, pseudo f = 52.62, P = 0.001), number of months after placement (df = 1, pseudo f = 9.09, P = 0.001). ) And the matrix (df = 5, pseudo-f = 4.86, P = 0.001). As can be seen in FIG. 6, in most cases the concentration of chlorophyll a varied according to the number of months and matrix at the two study sites (significant location × number of months × matrix interaction term: df = 5, Pseudo f = 2.84, P = 0.015), the tendency that the concentration of chlorophyll a in M1 tiles is significantly higher than that in Portland cement tiles is consistent in both test sites (both tests) P <0.05 on the ground).

熱帯紅海環境でのみ見いだされたサンゴの加入は、一般的には、配置後の最初の6ヶ月間は少なく、最後のモニタリング時に大きく増加した(図7)。1年後、主に、ソフトサンゴの加入の結果に起因して、加入能力の有意差が種々のマトリックス間で同定された(df=5、擬f=3.74、P=0.015)。M5およびM1は、配置面にかかわらず、ポルトランドセメントタイルよりも有意に高い加入を有していたことが、ソフトサンゴデータのペアワイズ解析から示される。   Coral recruitment, found only in the tropical Red Sea environment, was generally low during the first six months after deployment and increased significantly during the last monitoring (Figure 7). One year later, significant differences in recruitment ability were identified between the various matrices, mainly due to the results of soft coral recruitment (df = 5, pseudo-f = 3.74, P = 0.015). . It is shown from the pair-wise analysis of soft coral data that M5 and M1 had significantly higher recruitment than Portland cement tiles, regardless of placement plane.

実験室実験
D.ヘンプリキ(D.hemprichi)断片の自然付着は、種々のマトリックス間で有意に異なっており(図8A、df=5、擬f=2.75、P=0.042)、ポルトランドセメントは、最も低い付着率(16±9.42%の付着)を有し、M1およびM5は、最も高い付着率(それぞれ、44±11.86%および36±6.69%)を有していた。有意ではないが、類似の傾向はまた、H.フセッセンス(H.fuscescens)幼生の実験からも明白であった(図8C)。ポルトランドは、生態学的活性マトリックスと比べて最も低い平均を示したが、結果の変動が大きいため、これは統計学的検定により裏付けらされなかった。それにもかかわらず、ペアワイズ比較では、M5とポルトランドセメントとの間にかろうじて有意差が見いだされた(P=0.067)。しかしながら、B.ネリチナ(B.neritina)幼生の実験では、有意な結果が得られ(図8C、df=4、擬f=4.05、P=0.009)、ポルトランドセメントは、最も低い着床率(2.35±1.25%の付着)を有していたが、M1は、最も高い加入率(14.14±7.20%)を有していた。技術的エラーが原因でM5を実験に含めなかったので、ここではM5の結果が含まれなかったことに留意されたい。
Laboratory experiment Spontaneous attachment of D. hemplichi fragments is significantly different between the various matrices (FIG. 8A, df = 5, pseudo-f = 2.75, P = 0.042), with Portland cement being the lowest Adhesion rate (16 ± 9.42% adhesion), M1 and M5 had the highest adhesion rate (44 ± 11.86% and 36 ± 6.69%, respectively). Although not significant, a similar trend is also seen in H.C. It was also evident from experiments with H. fuscencens larvae (FIG. 8C). Portland showed the lowest average compared to the ecological activity matrix, but this was not supported by statistical tests due to the large variation in results. Nevertheless, the pairwise comparison found a barely significant difference between M5 and Portland cement (P = 0.067). However, B.I. In experiments with B. neritina larvae, significant results were obtained (FIG. 8C, df = 4, pseudo f = 4.05, P = 0.000), and Portland cement had the lowest implantation rate (2 M1 had the highest recruitment (14.14 ± 7.20%). Note that M5 results were not included here because M5 was not included in the experiment due to technical errors.

考察
海岸の人口増加が全世界で予測されており、海岸都市の海岸の補強および拡張の傾向は、さらに増加することが予想される。さらに、全世界の気候変動に関連付けられる過程を考えると、海岸線は、海面の上昇および暴風雨の増加に関連付けられる脅威の増大に直面しているので、現在の海岸防御手段の即時修正が必要とされる(Dugan et al.,2011およびそこに記載の参照文献)。本研究では、海洋生物の成長の促進および生物起源堆積の増大の促進をめざして、コンクリートの組成および表面テクスチャーにわずかな改変を適用する革新的手法を調べる。試験された5つのマトリックスのうちの3つ(M1、M4、およびM5)は、標準的ポルトランドセメントと比較して、生態学的活性があり、加入能力の増大を呈することが見いだされた。このことは、実験室ならびに野外の両方のサンプリング試験地で調べた生物学的パラメーターのほとんどから明白であった。全体的に、これらの生態学的活性マトリックスは、標準的ポルトランドセメント系混合物よりも、大きい生物被覆(図1)、より多くの無機物(図5)の加入を示し、サンゴおよび標的生物のより高い着床率(図7〜8)を有していた。コンクリート系CMI上への海洋の植物相および動物相の自然群集の加入能力の増大により、構造上、環境上、および社会経済上の価値ある利点が得られる。
Discussion Coastal population growth is projected worldwide and the trend of coastal city coastal reinforcement and expansion is expected to increase further. In addition, given the processes associated with global climate change, coastlines are facing increasing threats associated with rising sea levels and increased storms, so immediate modifications to current coastal defenses are required. (Dugan et al., 2011 and references described therein). In this study, we investigate innovative methods that apply minor modifications to the composition and surface texture of concrete to promote the growth of marine organisms and the increase of biogenic deposition. Three of the five matrices tested (M1, M4, and M5) were found to be ecologically active and exhibit increased recruitment capacity compared to standard Portland cement. This was evident from most of the biological parameters examined at both laboratory and field sampling sites. Overall, these ecologically active matrices show a greater biocover (Fig. 1), more inorganic (Fig. 5) recruitment and higher coral and target organisms than standard Portland cement-based mixtures It had an implantation rate (FIGS. 7-8). Increased recruitment capacity of marine flora and fauna natural communities on concrete-based CMIs provides valuable structural, environmental and socioeconomic benefits.

構造上の利点に関して、CMIは、多くの場合、海岸防御に使用されるので(たとえば、防波堤および防潮壁)、重量および安定性は、構造上の性能に主要な役割を果たす。この研究では、生態学的活性コンクリートマトリックスは、ポルトランドセメントよりも多くの無機物を有意に蓄積した。カキ、カンザシゴカイ、フジツボ、サンゴのような生態系エンジニアの生物起源堆積は、構造物の重量を増加させて、その安定性および強度に寄与する(Risinger,2012)。我々の結果によれば、平均で413(地中海)〜201(紅海)gr/mが12ヶ月以内に生態学的活性コンクリート表面に追加され、地中海では1kg/mの最大値および紅海では0.5kg/mの近傍値に達しうる。 With regard to structural benefits, CMI is often used for coastal defense (eg, breakwaters and seawalls), so weight and stability play a major role in structural performance. In this study, the ecologically active concrete matrix significantly accumulated more minerals than Portland cement. The biogenic deposits of ecosystem engineers such as oysters, swordfish, barnacles and corals increase the weight of the structure and contribute to its stability and strength (Risinger, 2012). Our results show that on average 413 (Mediterranean) to 201 (Red Sea) gr / m 2 was added to the ecologically active concrete surface within 12 months, with a maximum of 1 kg / m 2 in the Mediterranean and 0 in the Red Sea. A value close to 5 kg / m 2 can be reached.

海洋生物、主に、穴掘りスポンジまたは特定の緑藻種の成長は、コンクリート表面を劣化させる可能性があるが(Jayakumar and Saravanane,2010,Scott et al.,1988)、我々の結果によれば、有益な生物保護作用が示唆された。CMIの全重量に寄与することに加えて、サンゴモ、カキ、サンゴ、およびカンザシゴカイの生物起源成長は、コンクリート表面を強化することが可能である。たとえば、コンクリート強度に及ぼすカキの成長の影響を調べたRisinger(2012)は、海洋生物の成長により覆われたコンクリートが2年間にわたり曲げ強度を有意に10倍に増加させることを示した。重量増加以外に、海洋生物の成長は、波のエネルギーを吸収して構造物へのサージ作用の低減を支援しうる生物起源の接着剤として作用するので、生物起源の堆積はまた、近接するインフラ部材(防護ユニット、防潮壁プレキャスト部材など)間の結合を増加させる。経時的に方解石層で表面を覆うことが可能なそのような生物起源の堆積(図9)はまた、流体力を吸収し、かつ塩化物攻撃およびチッピングからコンクリートを保護することにより、構造物の耐久性を増加させる。   Although growth of marine organisms, mainly digging sponges or certain green algae species, can degrade concrete surfaces (Jayakumar and Saravanane, 2010, Scott et al., 1988), according to our results A beneficial bioprotective effect was suggested. In addition to contributing to the total weight of CMI, the biogenic growth of corals, oysters, corals, and Kansago mosquitoes can strengthen concrete surfaces. For example, Risinger (2012), who examined the effect of oyster growth on concrete strength, showed that concrete covered by marine organism growth significantly increased bending strength by a factor of 10 over two years. In addition to weight gain, marine organism growth also acts as a biogenic adhesive that can absorb wave energy and help reduce surge effects on structures, so biogenic deposition is also a close infrastructure. Increase the coupling between members (protection units, seawall precast members, etc.). Such biogenic deposits (FIG. 9), which can cover the surface with a calcite layer over time, also absorb fluid forces and protect the concrete from chloride attack and chipping, thereby Increase durability.

そのような強力な成長は、インフラの状態に関する視覚的調査を撹乱する可能性があるが、成長物の切片(典型的には表面の10%以下)をランダムにスクレープして取り出すことにより、検査を行うことが可能である。この切片は、経時的に再成長する。以上を考えると、CMIに生態学的活性コンクリートマトリックスを適用することにより、より持続性を高めて保守作業の必要性およびコストを低減するのに役立てることが可能である。   Such strong growth can disrupt visual inspections of infrastructure conditions, but can be examined by randomly scraping and removing sections of growth (typically 10% or less of the surface). Can be done. This section regrows over time. In view of the above, applying an ecologically active concrete matrix to a CMI can help to increase sustainability and reduce maintenance work needs and costs.

構造上の利点以外に、生態学的活性コンクリートマトリックスはまた、実質的な環境上の利点に関連付けられる。結果から明らかなように、生態学的活性であることが証明されたマトリックスは、標準的ポルトランドセメントよりも有意に高い生物被覆を有していた(M1、M4、およびM5のタイルの平均被覆は、配置の12ヶ月後、両方の試験地で100%に近かったが、ポルトランドタイルは、平均で82%〜92%であった)。生物被覆の多くは、一方では、生物起源堆積に寄与する生態系エンジニア(カキ、サンゴ、フジツボ、およびカンザシゴカイ)からなっており、他方では、水の品質および透明性を上昇させうる濾過摂食生物(たとえば、被嚢動物、スポンジ、カキ、およびイガイ)からなっていた。さらに、in−situおよびin vitroの両方の着床実験から明らかなように、サンゴおよび他の典型的な潮間域生物、たとえば、B.ネリチナ(B.neritina)は、生態学的活性マトリックス、主に、M1およびM5への明確な選好性を示した。サンゴおよび価値ある生態系サービスを提供する種、たとえば、濾過摂食動物およびバイオビルダーの加入を増大させる能力を有するCMIを形成することは、生態学的な重要性が大きい。CMIの生物学的生産性および生態学的価値を増大させることにより、そのエコロジカルフットプリントを低減し、犠牲になった「都市化産業砂漠」として見る代わりに都市自然域として利用することが可能である。   In addition to structural benefits, ecologically active concrete matrices are also associated with substantial environmental benefits. As is apparent from the results, the matrix proved to be ecologically active had a significantly higher bio-cover than the standard Portland cement (the average cover of the M1, M4 and M5 tiles was 12 months after placement, Portland tiles averaged 82% to 92%, although both test sites were close to 100%). Many of the biocovers are on the one hand made up of ecosystem engineers (oysters, corals, barnacles, and mosquitoes) that contribute to biogenic deposition, and on the other hand, filtered feeding organisms that can increase water quality and transparency. (Eg, encapsulated animals, sponges, oysters, and mussels). Furthermore, as is evident from both in-situ and in vitro implantation experiments, corals and other typical intertidal organisms, such as B. pylori. B. neritina showed a clear preference for the ecologically active matrix, mainly M1 and M5. Forming CMIs with the ability to increase the recruitment of corals and species that provide valuable ecosystem services, such as filtered predators and biobuilders, is of great ecological importance. Increasing the biological productivity and ecological value of CMI reduces its ecological footprint and can be used as an urban natural area instead of being viewed as a sacrificial “urbanized industrial desert” It is.

試験した革新的コンクリートマトリックスのいくつかの他の環境上の利点は、低減されたカーボンフットプリントである。マトリックスは、高いカーボンフットプリントで知られる混合物中のポルトランドセメントの量を有意に低減可能な種々の添加材を含むので(Matthews et al.,2008)、そのようなマトリックスは、より生態学的であると考えることが可能である。たとえば、M2およびM3は、所与の時間枠内で標準的ポルトランドセメントとそれほど異なった挙動をしなかったが、カーボンフットプリントが低減されるので、依然として標準的コンクリート混合物よりも生態学的であると考えることが可能である。それにもかかわらず、種々のコンクリートマトリックスのカーボンフットプリントを評価することは、現在の研究の範囲内ではなく、さらなる研究を必要とする。   Some other environmental benefits of the tested innovative concrete matrix are a reduced carbon footprint. Because the matrix contains various additives that can significantly reduce the amount of Portland cement in the mixture known for its high carbon footprint (Matthews et al., 2008), such a matrix is more ecological. It is possible to think that there is. For example, M2 and M3 did not behave very differently from standard Portland cement within a given time frame, but are still more ecological than standard concrete mixtures because the carbon footprint is reduced. Can be considered. Nevertheless, assessing the carbon footprint of various concrete matrices is not within the scope of current research and requires further research.

最後に、CMIは、地球全体にわたりウォーターフロントの必須部分であるので、その社会経済学的意味は、無視できない。環境意識が絶え間なく高まっている現在、環境機関は、生態学的な補償および緩和の指針を必要としている(Puig and Villarroya,2013)。持続可能な「グリーンブルー」海洋建設技術は、管理者および政策決定者のために効率的ツールを提供して、CMIの環境フットプリントを低減することが可能である。また、この点を理解して、複雑なテクスチャーおよびデザインをCMIに組み込めば、自然海洋群集が促進され、都市海洋自然域を形成する審美的品質の増大が促進され、海岸コミュニティー間で環境意識を高めることが可能である。   Finally, since CMI is an integral part of the waterfront throughout the globe, its socio-economic implications cannot be ignored. With the ever-increasing awareness of the environment, environmental agencies need ecological compensation and mitigation guidelines (Puig and Villarroya, 2013). Sustainable “green blue” offshore construction technology can provide an efficient tool for managers and policy makers to reduce the environmental footprint of CMI. In addition, understanding this point and incorporating complex textures and designs into CMI will promote natural ocean communities, increase the aesthetic quality of urban urban natural areas, and promote environmental awareness among coastal communities. It is possible to increase.

まとめ
コンクリート組成、表面テクスチャー、およびマクロデザインを考慮して、コンクリート系CMIにわずかな改変を行うことは、生物起源堆積物を形成するエンジニア種さらには関連する濾過摂食群集を支援する能力を高める可能性を有する。その結果、ユニークな底生群集により、経済上の利点、たとえば、水質の向上、運転寿命の増加、構造の安定性、および流体力の吸収と共に、生態系サービスの増大が提供される。これらの利点は、腐食性塩水環境に対処しなければならないCMIに非常に重要である。
Summary Minor modifications to the concrete-based CMI, taking into account the concrete composition, surface texture, and macro design, increase the ability to support engineer species that form biogenic sediments and related filtration feeding communities Have potential. As a result, a unique benthic community provides increased ecological services, along with economic benefits such as improved water quality, increased operational life, structural stability, and fluid power absorption. These benefits are very important for CMIs that must deal with corrosive saline environments.

Claims (23)

水域環境で動物相および植物相の成長を促進すべく使用するための、12未満のpHを有するコンクリートマトリックスを含む海洋インフラ。   A marine infrastructure comprising a concrete matrix having a pH of less than 12 for use to promote the growth of fauna and flora in an aquatic environment. 請求項1に記載の海洋インフラにおいて、前記pHが約11未満であることを特徴とする海洋インフラ。   The marine infrastructure of claim 1, wherein the pH is less than about 11. 請求項1または2に記載の海洋インフラにおいて、前記pHが約9〜10.5であることを特徴とする海洋インフラ。   The marine infrastructure according to claim 1 or 2, wherein the pH is about 9 to 10.5. 請求項1乃至3の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記コンクリートマトリックスの前記pHが前記インフラの頂部表面のpHであることを特徴とする海洋インフラ。   The marine infrastructure according to any one of claims 1 to 3, wherein the pH of the concrete matrix is the pH of the top surface of the infrastructure. 請求項4に記載の海洋インフラにおいて、前記表面の厚さが約5cm以上であることを特徴とする海洋インフラ。   5. The marine infrastructure according to claim 4, wherein the surface has a thickness of about 5 cm or more. 請求項1乃至5の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、水域環境の塩分が約0〜45pptであることを特徴とする海洋インフラ。   The marine infrastructure according to any one of claims 1 to 5, wherein the water environment has a salinity of about 0 to 45 ppt. 請求項1乃至6の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記インフラが少なくとも12の粗さグレードの表面粗さを有することを特徴とする海洋インフラ。   7. Marine infrastructure according to any one of the preceding claims, wherein the infrastructure has a surface roughness of at least 12 roughness grades. 請求項1乃至7の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記インフラが少なくとも50ミクロンのRA値の表面粗さおよび5〜20mmのRA値の表面テクスチャーを有することを特徴とする海洋インフラ。   8. Marine infrastructure according to any one of the preceding claims, characterized in that the infrastructure has a surface roughness with an RA value of at least 50 microns and a surface texture with an RA value of 5 to 20 mm. 請求項1乃至8の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記コンクリートマトリックスが約1100〜約2500Kg/mの単位体積あたりの重量を有することを特徴とする海洋インフラ。 In marine infrastructure according to any one of claims 1 to 8, marine infrastructure, characterized in that said concrete matrix with a weight per unit volume of from about 1100 to about 2500 Kg / m 3. 請求項1乃至9の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記コンクリートマトリックスが約1100〜約1800Kg/mの単位体積あたりの重量を有することを特徴とする海洋インフラ。 In marine infrastructure according to any one of claims 1 to 9, marine infrastructure, characterized in that said concrete matrix with a weight per unit volume of from about 1100 to about 1800 kg / m 3. 請求項1乃至10の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記コンクリートマトリックスが0〜約90%のポルトランドセメントを含むことを特徴とする海洋インフラ。   11. The marine infrastructure according to any one of claims 1 to 10, wherein the concrete matrix comprises 0 to about 90% Portland cement. 請求項1乃至11の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記コンクリートマトリックスがマイクロシリカ/シリカヒュームおよびメタカオリンおよび/またはアルミン酸カルシウムセメントの少なくとも1つを含むことを特徴とする海洋インフラ。   12. Marine infrastructure according to any one of the preceding claims, wherein the concrete matrix comprises at least one of microsilica / silica fume and metakaolin and / or calcium aluminate cement. 請求項1乃至12の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記コンクリートマトリックスが約30〜80Mpaの平均圧縮強度を有することを特徴とする海洋インフラ。   The marine infrastructure according to any one of the preceding claims, wherein the concrete matrix has an average compressive strength of about 30-80 Mpa. 請求項1乃至13の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記コンクリートマトリックスが7bar下で約5〜50mmの水浸透深さを呈することを特徴とする海洋インフラ。   14. The offshore infrastructure according to any one of claims 1 to 13, wherein the concrete matrix exhibits a water penetration depth of about 5 to 50 mm under 7 bar. 請求項1乃至14の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、前記コンクリートマトリックスが約500〜2000クーロンの塩化物浸透抵抗を有することを特徴とする海洋インフラ。   15. The offshore infrastructure according to any one of claims 1 to 14, wherein the concrete matrix has a chloride penetration resistance of about 500 to 2000 coulombs. 請求項1乃至15の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、海洋の動物相および植物相が、エンジニア種および生息地形成種およびサンゴおよび濾過摂食生物から選択されることを特徴とする海洋インフラ。   16. Marine infrastructure according to any one of the preceding claims, characterized in that the marine fauna and flora are selected from engineer species and habitat-forming species and corals and filter-feeding organisms. infrastructure. 請求項1乃至16の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、海洋の動物相および植物相の前記促進により、前記構造物の表面上への無機物の堆積が促進されて、12ヶ月後、0〜10メートルの深さ範囲で約50〜1000gr/mの値に達することが可能であることを特徴とする海洋インフラ。 The marine infrastructure according to any one of claims 1 to 16, wherein the promotion of marine fauna and flora promotes the deposition of minerals on the surface of the structure, and after 12 months, 0 Marine infrastructure characterized by being able to reach a value of about 50-1000 gr / m 2 in a depth range of 10 meters. 請求項1乃至17の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、海洋の動物相および植物相の成長の前記促進により、前記構造物の表面上のクロロフィル濃度が、12ヶ月後、0〜10メートルの深さ範囲で約100〜800μgr/mの値に達することが可能であることを特徴とする海洋インフラ。 The marine infrastructure according to any one of claims 1 to 17, wherein the chlorophyll concentration on the surface of the structure is 0-10 meters after 12 months due to the promotion of marine fauna and flora growth. Marine infrastructure characterized by being able to reach a value of about 100-800 μgr / m 2 in a depth range of. 請求項1乃至18の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、海洋の動物相および植物相の成長の前記促進により、前記構造物の表面上のサンゴの加入数が、12ヶ月後、0〜10メートルの深さ範囲で、15×15の表面積あたり約5〜25の加入数であることを特徴とする海洋インフラ。   The marine infrastructure according to any one of claims 1 to 18, wherein the number of coral recruitment on the surface of the structure is 0 to 12 months later due to the promotion of marine fauna and flora growth. Marine infrastructure characterized by a recruitment of about 5-25 per 15 × 15 surface area in a depth range of 10 meters. 請求項1乃至19の何れか1項に記載の海洋インフラにおいて、海洋の動物相および植物相の前記増大により、前記構造物の表面上の実験室条件下のサンゴの着床率が、約1ヶ月後未満で約5〜60%であることを特徴とする海洋インフラ。   20. A marine infrastructure according to any one of the preceding claims, wherein the increase in marine fauna and flora results in a coral implantation rate under laboratory conditions on the surface of the structure of about 1. Marine infrastructure characterized by about 5-60% less than a month later. 12未満のpHを有するコンクリートマトリックスで構成された海洋建設インフラを提供することを含む、水域環境で動物相および植物相の成長を促進するための方法。   A method for promoting the growth of fauna and flora in an aquatic environment comprising providing an offshore construction infrastructure composed of a concrete matrix having a pH of less than 12. 12未満の表面pHを有するコンクリートマトリックスで構成されたインフラを提供することを含む、岩内生および岩表生の植物相の成長を促進する方法。   A method for promoting the growth of endophytic and rocky vegetation including providing an infrastructure composed of a concrete matrix having a surface pH of less than 12. 12未満の表面pHを有するコンクリートマトリックスで構成されたインフラを提供することを含む、岩内生および岩表生の嫌気性および好気性の植物相および動物相の成長を促進する方法。   A method of promoting the growth of anaerobic and aerobic flora and fauna of endophytic and rocky surfaces comprising providing an infrastructure composed of a concrete matrix having a surface pH of less than 12.
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